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V72 预应力钢结构 构件安装偏差的思考

发布于:2024-02-01 10:50:01 来自:建筑结构/钢结构工程

来源:结构菜鸟人生

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作者:木子青见

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最近整理电脑资料,找到了此前帮朋友搞定的一个比较有意思的项目。大体是一个铁路站房钢结构,在翻新改造加固过程中构件安装存在一定的偏差,检测单位提出需要针对这个安装偏差作设计复核。好友告诉我这个项目现在验收卡在这个环节,咨询这个问题大吗?能否帮忙核算一下!那会应该是好久没搞过节点有限元的我有点慌,询问了一下周边但是都没空搞只能硬上了。偷得空闲捋一捋当时的处理过程,算是轻度还原吧!
 

预应力如何加?

预应力拉索

索的特点

  1. 索只能承受拉力,不能承受压力和弯矩;
  2. 索是线弹性材料(设计时),为柔性构件,几何非线性问题突出;
  3. 随着内力的变化几何刚度会发生变化
  4. 有了初始刚度索单元才能承受各种荷载

估算索的初拉力

  1. 索控制应力取应变值为0.0015~0.00175时的应力值;
  2. 索控制应力直接取0.53倍的强度标准值,或有效应力的0.13倍; (未找到出处)
  3. 注意索的初拉力还要满足有关规范、规程的要求,例如《点支式幕墙规程》(CECS 127-2001)规定:索的挠度应控制在跨度的1/300以内;索的拉力不大于最小整索的破断拉力的1/2.5。
  4. 对于稳定:考虑大变形对结构的影响,采用一致缺陷模态,最大值取跨度的1/300,系数K≥4.2


预应力加载

midas gen 索力加载

1、荷载>初始荷载>大位移>几何刚度初始荷载
  序会根据   输入的初始荷载计算出平衡外力(反力),并生成初始平衡状态。   在此初始平衡状态下做结构的分析,仅用于非线性分析。   空工况下,索单元内力=几何刚度初始荷载。   该方式只产生刚度,对其他构件的内力和位移没有影响。   如果工程中需要计算的是索张拉后结构在其它荷载工况下效应(承载能力极限状态验算),且不考虑预应力作用下其他构件中的内力时,可采用该方法。
2、荷载>初始荷载>小位移>几何刚度初始荷载
只适用于线性分析和动力分析,常用于同时考虑“索单元的效应”和特征值分析等线性分析。
3、在建立单元的时候,“单元类型”选择为索单元时,使用无应力长度“Lu”或者直接加“初拉力”
对所有荷载工况结果都有影响张拉后, 索中拉力不为定义时添加的初拉力,即在结构中已经进行了内力重分配。
4、荷载>预应力荷载>初拉力荷载
该方式为外荷载,对其他构件有影响不产生初始刚度,因而分析可能不容易收敛;可以用几何刚度初始荷载对索单元添加一个较小的刚度。
 

sap2000 索力加载

对于较细较短的索,结构刚度较大,索的自重对索自身及结构的工作性能影响不大,可采用框架单元模拟(需剖分单元以保证计算精度)。对于较粗或较长的索,结构非常柔或支座位移很大时,索的自重可能对索自身或结构的工作性能影响较大,宜采用悬链线单元。

两种分析

非线性分析

在工程中已知索单元初拉力的情况下,加上其它荷载进行分析,求索单元的拉力变化及结构的变形
索的变形和梁、桁架单元相比要大,属于大位移,因此在分析的时候需要使用几何非线性分析(也就是大位移分析)。求解的时候需要通过迭代来进行。这就是分析目的一要做的工作,在MIDAS/Gen中通过定义几何非线性分析来进行。

线性分析

对带有索单元的结构进行反应谱分析
地震作用,进行的是线性分析,此时需要进行小位移分析。另外索单元张拉后,带有一定的刚度,有时候为了求解的简化,也可以将索单元等代成桁架单元来考虑,此时也可以进行小位移分析。这就是分析目的二要做的工作,在MIDAS/Gen中通过定义“初始荷载>小位移>初始单元内力”来进行。
一般的,先对结构进行找形及荷载分析,采用大位移对应的几何刚度初始荷载方式输入初拉力,非线性分析下得出拉索轴力。在带入地震作用的荷载组合下,采用小位移对应的初始单元内力方式输入第一步算出的拉索内力,主要是给予结构一个初始刚度。最后对荷载组合下承载力及变形分析,对结构的模态屈曲分析。

安装偏差模拟

偏差情况介绍

 

模型建立及荷载取值

根据检测结果,菱形杆补强安装时出现了偏差,现对外侧/内侧不同偏差情况进行数值模拟,以评估安装偏差后结构受力是否仍能满足原结构设计需求。
站台雨棚模型示意图(左侧为外高内低偏差、右侧为外低内高偏差)
站台雨棚模型外高内低安装偏差剖面示意图
站台雨棚模型外低内高安装偏差剖面示意图
荷载取值参考原设计总说明,各工况荷载取值示意详见下图,预应力钢索按设计要求施加初应力,地震作用考虑程序施加。
荷载类别    
荷载名称    
荷载取值(KN/m 2 )    
备注    
永久荷载    
恒荷载    
屋面    
镀锌薄钢板0.1kN/m2    
根据建筑做法计算    
屋面支撑0.1kN/m2    
构件自重    
——    
程序自动计算    
可变荷载    
不上人屋面活荷载    
0.5    
活荷载按照最大值    
按0.5考虑    
雪荷载    
0.45    
风荷载    
0.5    
0.5为基本风压值,依据风洞试验报告,体形系数风吸一侧取-1.16、一侧取-0.81,风压一侧取1.16、一侧取0.81,风振系数取1.8,风压高度变化系数最高处取1.23    

地震作用    
8度0.2g,第一组    
III类场地    
站台雨棚恒载布置图(自重软件考虑)
站台雨棚活载布置图
站台雨棚风荷载布置图(通过荷载组合正负考虑正负风压)
荷载组合考虑程序自动生成,并考虑包络设计。

主体结构分析

站台雨棚钢索包络工况应力示意
站台雨棚主桁架包络工况构件最大应力示意
 
站台雨棚主桁架构件稳定最大应力比示意
站台雨棚构件包络工况最大挠度示意
由图中可见主桁架杆件最大位移为89mm,89/(18650*2)=1/419<1/400。
综上所述,站台雨棚结构强度和变形均能满足设计要求。

YG1安装偏差节点分析

根据项目检查情况反馈如下:
在模型中按菱形杆在节点处上下安装偏差±15cm(比现场增加5cm)的情况进行节点模拟分析,在节点处输入前面章节分析提取出的内力。
考虑菱形杆安装偏差模型示意
考虑菱形杆安装偏差构件轴力示意
考虑菱形杆安装偏差构件弯矩示意
那会做完构件内力复核之后,苦于许久没动过有限元分析,一时间有点束手无策。询问周边好友没空后只能自己想办法解决了。对gen比较熟悉,刚好也了解了midas家族的FEA NX产品,貌似做有限元分析也比较方便,无奈没啥实战经验,但是还是可以借助一下它来做实体单元划分的,毕竟在gen里面做这个工作还是比较啰嗦且不一定能达到预期效果。
   
考虑菱形杆安装偏差节点有限元应力示意(最大主应力187MPA小于设计允许值)
考虑菱形杆安装偏差节点屈曲分析(屈曲最小因子为8.44)
综上所述,考虑菱形杆安装偏差上下浮动±15cm时,节点处应力也满足原设计要求,且在节点板处未考虑加劲肋的作用,留有一定的安全富余。


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只看楼主 我来说两句
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这个家伙什么也没有留下。。。

钢结构工程

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