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      風(fēng)荷載作用下幕墻鋁板的內(nèi)力和變形的計(jì)算

      來(lái)源:*  作者:毛伙南  日期:2014-1-9
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        摘 要:本文闡述了槽型鋁板和加勁肋構(gòu)成的單元式幕墻的內(nèi)力及變形計(jì)算。首先采用ANSYS軟件對(duì)單元板塊由槽型鋁板與5條加勁肋組成的結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形進(jìn)行計(jì)算,其次,研究了加勁肋轉(zhuǎn)角處由于局部鉚釘松脫由剛結(jié)點(diǎn)變成鉸接點(diǎn)后其計(jì)算模型發(fā)生改變的應(yīng)力及位移計(jì)算,最后介紹實(shí)際應(yīng)用。
        關(guān)鍵詞:?jiǎn)卧侥粔Γ讳X板;加勁肋;內(nèi)力;位移。

        2.加勁肋一端轉(zhuǎn)角處變?yōu)殂q接時(shí)的受力與變形計(jì)算

        單元式幕墻板塊首先在生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行組裝,然后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)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(lái)的計(jì)算模型不符,需要重新分析和計(jì)算鋁板的強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)算模型,按照新的計(jì)算模型,采用相同的幾何尺寸與荷載條件,其應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖9、10、11所示,變形及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與正常狀態(tài)下計(jì)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(dòng)的鉸接部位時(shí),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(dòng)的鉸接部位時(shí),加勁肋剛接轉(zhuǎn)角部位所在位置的板X(qián)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(duì)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(duì)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(jì)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(gè)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(dòng)。當(dāng)板在風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生變形時(shí),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(shí)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(shí),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(jì)算值89Mpa,但工程應(yīng)用中需引起足夠的重視。

        本文的計(jì)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(jì)及施工提供了理論依據(jù),具有較大實(shí)用意義。

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