主从节点法在钢结构改造工程中的运用

1、主从节点法在钢结构改造工程中的运用【摘 要】本文介绍了在钢结构改造过程候中遇到的特殊结构及节点在 staad 的处理形式，通过对几种方法的对比得出模型的最优处理方案。【关键词】主从节点法；staad；荷载传递1.概述Staad 在钢结构计算中有着其独特的优势，目前国内电厂脱硫改造和脱硝改造中，大部分都是采用钢结构的形式，而且根据设计单位的不同，原锅炉钢结构的形式多种多样，目前来说，基本上都是实腹式和格构式，但是进口的锅炉中，有些项目会采用桁架结构的形式，比如在伊敏电厂一期脱硝改造时碰到的前俄罗斯设计的钢结构，其梁和支撑均为桁架结构形式，但是柱子却是实腹式，其结构在国内的项目中非常罕见，按照常规

2、的做法，此改造设计分析很难精确地模拟下去。现就针对我们平时在改造过程中遇到的此种疑难杂症进行介绍并给出解决方案。2.工程简介2.1 伊敏电厂一期为两台锅炉为厂房钢结构建造于1993 年，于 2013500MW 超临界机组， 主年初 2014 年底进行锅炉环保一体化改造，此次改造的内容为：在原锅炉主厂房钢结构的尾排一跨上方增加脱硝装置。2.2 水平桁架梁连接形式国内大型锅炉机组钢结构梁柱及支撑连接形式基本为实腹式单线连接的形式，在 staad 模型中，其均可以用轴线的形式表示出来。而本项目钢结构的梁和支撑与柱子的连接形式为：柱子强轴方向，框架梁与其采用常规的实腹式连接形式，在 staad 中可以

3、用轴线表示出来；柱子弱轴方向，框架梁在柱子则采用水平桁架与实腹式结合的连接形式，即柱间梁采用水平桁架形式，其上下弦分别与柱子的上下翼缘相连接（见下图一） 。此种结构形式在国内甚为少见，其实际情况的模拟在 staad 计算的中也需采用非常规的建模方式。图一桁架梁与实腹梁平面图2.3 设计资料与条件抗震设防烈度为6 度，设计基本地震加速度值a=0.05g，反应谱特征周期值为0.35s，地震分组为第一组，场地土类型为中硬土；建筑场地类别：II 类。风雪荷载50 年一遇基本雪压：0.50kN/m2 。50 年一遇基本风压：0.67 kN/m2 。3.主从节点的运用在 STAAD 软件中梁和柱是用轴线形

4、式表示，国内外常规钢结构梁、柱、撑传力路径多对应其截面中心线， 在 STAAD软件中比较好利用杆单元模拟。因此项目桁架梁与柱子连接特殊，用普通的轴线形式无法表达清楚桁架梁的受力情况。经讨论，本项目决定采用主从节点【1】的形式模拟桁架梁与柱子的连接：此桁架结构截面、几何条件及荷载条件如下：柱子截面为 HN2000X800X16X40 ，桁架梁上弦杆截面为HN1000X300X19X36 ，下弦杆截面为HN600X200X11X17 ，上下弦杆之间的水平支撑为双角钢2L100X63 ，上弦杆正中间（ 10 号节点处）作用有1000KN 的恒荷载。桁架梁跨度为12m，柱底与基础的连接为刚结，桁架梁分

5、别与柱子上下翼缘连接节点为铰接形式。主从节点是模拟刚体的一种方法，将从节点绑定到主节点后，主从节点间的梁则具有无限刚度，可作为刚体考虑。对于此项目中节点，主从节点间的梁即为柱子横截面，其在柱子轴线方向具有无限刚度，可以有效地模拟。将柱子上 13 和 14 节点作为主节点，2 和 5 作为从节点与 13 节点捆绑在一起， 2， 13，5 均为柱子在同一截面上的三个点； 4 和 6 作为从节点与 14 节点捆绑在一起， 4，16，4均为柱子在同一截面上的三个点。这样就可以比较清晰准确地模拟水平桁架梁与柱子的受力情况，进而得出较合理的结果。现就分别用常规悬挑梁算法和主从节点法对此结构产生的挠度进行计

6、算，并与手算结果进行对比分析如下：常规悬挑梁算法（见图二）：图二常规悬挑梁算法结果： 10 节点的竖向位移量为33.938mm 。不考虑柱子，纯12m 跨梁的变形量为：33.938-4.257=29.681mm 。主从节点法（见图三） ：图三主从节点法结果： 10 节点的竖向位移量为31.901mm 。不考虑柱子，纯12m 跨梁的变形量为：31.901-2.221=29.68mm ，与前面常规悬挑梁算法的梁挠度基本一致。手算纯梁的变形量：简支梁的挠度计算公式为：P=1000KN ， l=12m ，号节点处挠度为：由此可见，主从节点法和常规做法的差别就在柱子翼缘处节点（ 7，8 号节点）位移上，

7、而此处位移的区别在于，常规悬挑梁算法中柱子的变形大些，因为，悬挑梁的刚度没有主从节点法梁的刚度大，故其变形会大些。而柱子截面高度的方向刚度可视为无限大，故主从节点法的形式更接近实际情况些。讨论：主从节点的优点在于可以将不同的节点绑定到一起，形成一个刚度无限大的刚性面，此面中的所有节点一起受力并且一起变形。而本工程的实际情况是7，3， 5 同为左侧柱子截面上的三个点：上翼缘、腹板中点和下翼缘，这三个点在柱子的同一截面上，它们应该一起抗弯， 一起变形，在 staad 软件中，这种情况与主从节点法很接近。4.结语在结构计算中，遇到特殊复杂的结构形式时，我们应尽可能地将模型与实体结构做到更接近，更好地模拟和体现结构的实际各