2.加勁肋一端轉(zhuǎn)角處變?yōu)殂q接時的受力與變形計算
單元式幕墻板塊首先在生產(chǎn)車間進(jìn)行組裝，然后運(yùn)至施工現(xiàn)場安裝。由于運(yùn)輸原因，部分板塊中的少數(shù)加勁肋轉(zhuǎn)角連接處的連接板螺絲可能出現(xiàn)脫落或鉚釘松脫，加勁肋一端轉(zhuǎn)角處由剛接變成了鉸接，這與原來的計算模型不符，需要重新分析和計算鋁板的強(qiáng)度是否滿足設(shè)計要求。考慮最不利的情況，假設(shè)5根加勁肋的一端均由于鉚釘松脫或螺栓的失效成為可活動的鉸接部位，如圖8所示。本文考慮5根加勁肋一端轉(zhuǎn)角處由剛接變成了鉸接后計算模型，按照新的計算模型，采用相同的幾何尺寸與荷載條件，其應(yīng)力計算結(jié)果如圖9、10、11所示，變形及應(yīng)力計算結(jié)果與正常狀態(tài)下計算結(jié)果進(jìn)行比較如下：
圖8 全部加勁肋一端轉(zhuǎn)角均變成鉸接
假設(shè)5根加勁肋的一端均由于螺栓的失效成為可活動的鉸接部位時，整體的最大變形由0.204313mm增加為0.522329mm，增加了一倍多。
圖9 板體X方向的單元應(yīng)力分布圖
加勁肋的一端轉(zhuǎn)角部位成為可活動的鉸接部位時，加勁肋剛接轉(zhuǎn)角部位所在位置的板X方向應(yīng)力水平十分高，在該部位的小范圍內(nèi)，板單元X方向應(yīng)力由7MPa左右迅速增加到最大的62MPa左右，而且與正常狀態(tài)模型相比，最大應(yīng)力水平由3.5MPa左右急劇增加到63MPa左右，升幅十分大，應(yīng)當(dāng)引起注意。
圖10 板體Y方向的單元應(yīng)力分布圖
Y向的最大應(yīng)力是出現(xiàn)在加勁肋剛接轉(zhuǎn)角部位所在一端所對應(yīng)的整體中板內(nèi)側(cè)邊緣位置，小范圍內(nèi)應(yīng)力水平較高，板最大單元應(yīng)力達(dá)到26.303MPa。
圖11 板體Z方向的單元應(yīng)力分布圖
Z方向有明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，位于加勁肋剛接轉(zhuǎn)角部位所在一端所對應(yīng)的側(cè)板兩邊緣位置，板最大單元應(yīng)力達(dá)到19.198MPa，與正常狀態(tài)模型的應(yīng)力水平相比有一定程度的增加。
3.結(jié)論與討論
根據(jù)上述計算模型，鋁板與加勁肋在正常情況下在鉚接點(diǎn)處緊密接觸，滿足位移連續(xù)條件，加勁肋轉(zhuǎn)折處采用連接片連接，能承擔(dān)約束力矩及約束反力，可視為剛結(jié)點(diǎn)。槽型鋁板和加勁肋之間在鉚接點(diǎn)處變形協(xié)調(diào)，加勁肋在轉(zhuǎn)折處的3個方向的線位移及角位移與板在轉(zhuǎn)角處的線位移與角位移一致，即加勁肋限制了板在該點(diǎn)的位移及轉(zhuǎn)動。當(dāng)板在風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生變形時，由于加勁肋剛結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生約束反力與約束反力矩，抵消由于板變形傳遞的內(nèi)力，使板身的內(nèi)力和變形大為減小。
當(dāng)鋁板與加勁肋在轉(zhuǎn)角處由于緊固的螺栓松脫，這時加勁肋在該角點(diǎn)由剛結(jié)點(diǎn)變?yōu)殂q接點(diǎn)，約束反力矩為零，角位移不為零。當(dāng)板受風(fēng)荷載作用時，板的變形大為增加，板產(chǎn)生的內(nèi)力(包括力矩)也急劇增加。而3mm厚槽型鋁板與5根加勁肋一端轉(zhuǎn)角處全部為鉸接點(diǎn)算例表明：X方向的最大變形由加勁肋轉(zhuǎn)角處全為剛接的正常情況的0.204313mm增加至0.522329mm;X方向最大單元應(yīng)力由3.46MPa上升到62MPa；Y方向最大單元應(yīng)力由7.062MPa上升到26.303MPa；Z方向最大單元應(yīng)力由7.308MPa上升到19.198MPa。雖然最大應(yīng)力仍小于抗拉、抗彎強(qiáng)度計算值89Mpa，但工程應(yīng)用中需引起足夠的重視。
本文的計算方法還可以在其他多項(xiàng)幕墻工程中加以應(yīng)用。本文將加勁肋剛結(jié)點(diǎn)由于緊固螺栓松脫轉(zhuǎn)變?yōu)殂q接點(diǎn)，其數(shù)值模擬結(jié)果反映了槽型鋁板與加勁肋構(gòu)成的單元式幕墻中鋁板的可能損壞成因，為單元式幕墻的設(shè)計及施工提供了理論依據(jù)，具有較大實(shí)用意義。
參考文獻(xiàn)：
[1] 張芹. 單元式、半單元式幕墻技術(shù)[G]. 中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會鋁門窗幕墻委員會, 1997.
[2] Mazzolani FM. Aluminum Alloy Structures[M], 2nd Ed, London: E&FN Spon. 1995.
[3] 沈祖炎, 郭小農(nóng), 李元齊. 鋁合金結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀簡述[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報, 2007, 28(6):100-109.
[4] 張相庭. 工程結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載理論和抗風(fēng)設(shè)計手冊[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社, 1990.
[5] GB 50429-2007鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]. 北京:中國計劃出版社.
[6] 樓文娟, 孫炳楠, 傅國宏 等. 復(fù)雜體形高層建筑表面風(fēng)壓分布的特征[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報. 1995, 16( 6): 38-44.
[7] 陳塑寰, 麻凱. 板殼加筋結(jié)構(gòu)的組合優(yōu)化[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2008, 38( 2): 388-392.
[8] 李剛, 許林, 程耿東. 基于ANSYS軟件的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)可靠度分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 2002, 32(5):58-61.
[9] 龍馭球, 包世華. 結(jié)構(gòu)力學(xué)[M]. 北京:高等教育出版社, 2006.
[10] 徐芝綸. 彈性力學(xué)[M]. 北京:人民教育出版社, 1982.
[11] 劉人懷. 板殼力學(xué)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1990.
[12] GB 50009-2001(2006年版) 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S], 北京:中國建筑工業(yè)出版社.
[13] 胡紅軍, 楊明波, 張丁非. ANSYS 10.0材料工程有限元分析實(shí)例教程[M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2008.
[14] Zhu J,Young B. Numerical Investigation and Design of Aluminum Alloy Circular Hollow Section Columns[J]. Thin-Walled Structures. 2008, 46(12):1437~1449.
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