戶外廣告牌異形拼裝節(jié)點標準化仿真模擬計算研究

段生煒（安徽省交通控股集團有限公司,合肥　230000）

戶外廣告牌異形拼裝節(jié)點標準化仿真模擬計算研究

段生煒
（安徽省交通控股集團有限公司,合肥230000）

摘要：本文通過對廣告牌梁柱拼接節(jié)點和分塊拼接節(jié)點的標準化研究，根據(jù)馬鞍山地區(qū)32米雙立柱式廣告牌相應節(jié)點的模擬分析和計算研究，得到其米塞斯主應力、變形和接觸面拉壓應力范圍，提出兩種標準拼接節(jié)點的設計要點和適用范圍，為拼接節(jié)點的標準化研究提供了一種新思路。

關鍵詞：模擬分析；米塞斯主應力；拼接節(jié)點；接觸面拉壓應力；變形

1　概述

戶外廣告制作是在九十年代末期產(chǎn)生，近幾年發(fā)展起來的。如今，眾多的廣告公司越來越關注戶外廣告的創(chuàng)意、設計效果的實現(xiàn)。各行各業(yè)熱切希望迅速提升企業(yè)形象，傳播商業(yè)信息，各級政府也希望通過戶外廣告樹立城市形象，美化城市。這些都給戶外廣告制作提供了巨大的市場機會，也因此提出了更高的要求。

在這種市場要求下，國家已經(jīng)發(fā)布了技術規(guī)程《戶外廣告設施鋼結構技術規(guī)程》（CECS148：2003）和建筑圖集《戶外鋼結構獨立柱廣告牌》（07SG526）對戶外廣告牌的設計和制作進行規(guī)范和指導。由于戶外廣告牌制勝的關鍵要求有超大的外觀尺寸、獨特的廣告創(chuàng)意、絕佳的地理位置，拘泥于規(guī)范給定的節(jié)點樣式往往會造成設計的滯后，材料采購加工的困難和安裝的繁瑣。在這種緊迫的壓力下，合理的節(jié)點設計往往會簡化相應的制作安裝難度，提高標準化構件的生產(chǎn)效率，為企業(yè)的技術創(chuàng)新增添新的閃光點。

2　異形拼裝節(jié)點設計過程

2.1依托工程簡介

工程地點位于安徽省馬鞍山地區(qū)，為雙立柱式廣告牌，跨度32米，立柱高7.3米，牌面高4米，兩側(cè)懸挑4米，基本風壓為0.5千帕，抗震等級四級，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值0.1g，設計地震分組為第一組，設計特征周期0.35秒。廣告牌立柱為方鋼管，橫梁為三道熱軋H型鋼組成的平面桁架，檢修道采用角鋼制作，具體見圖1、2。

主要拼接節(jié)點包括：立柱牌面拼裝節(jié)點，牌面整體運輸安裝拼接節(jié)點，對這兩種節(jié)點進行仿真模擬計算和經(jīng)濟性歸類標準化設計。

2.2節(jié)點設計要求

考慮到大批量加工和安裝的標準化作業(yè)要求，盡量減少現(xiàn)場構件組裝和焊接作業(yè)的工作量，在設計階段就考慮采用標準化模塊進行節(jié)點設計，分塊及拼接節(jié)點位置如圖3所示。

圖1　（4米+32米+4米）戶外雙立柱式廣告牌斜視圖

圖2　（4米+32米+4米）戶外雙立柱式廣告牌正、側(cè)視圖

圖3　戶外雙立柱式廣告牌分塊布置和拼接節(jié)點位置

節(jié)點設計應遵循的要求：（1）結構安全、施工便利，（2）材料的性價比較高，不能增加大量輔助構件，材料采購或代換簡單，（3）生產(chǎn)工藝不復雜，無需進行專項開模或設置專項工藝胎具。

2.3節(jié)點設計過程

梁柱拼接節(jié)點設計：采用過渡連接構件方式，同時為廣告畫布提供翻轉(zhuǎn)固定空間。過渡連接件設計如圖4。

圖4　　梁柱過渡連接節(jié)點

按整體設計計算結果輸入外荷載和支反力，進行細部分析，對結果進行論證。就如同蒼蠅拍的拍子面和立桿之間連接薄弱位置一樣，為平衡經(jīng)濟性能和安全性能的協(xié)調(diào)，需要對梁柱將連接節(jié)點進行考證。計算發(fā)現(xiàn)整體變形最大位置位于無支撐的外板邊緣，箱體內(nèi)部變形較小，整體剛度能夠滿足體系立桿和面板之間的轉(zhuǎn)換和變形協(xié)調(diào)，最大應力位于受壓立柱和箱體內(nèi)加勁板邊緣，最大應力約184兆帕，已經(jīng)接近最大允許應力215兆帕；最大變形1mm，變形較小，螺栓連接位置最大連接應力達到119兆帕，普通螺栓即可滿足外荷載要求，整體過渡節(jié)點既滿足安全要求，又充分發(fā)揮了材料的既有強度，計算結果如圖5、6所示。

牌面拼接節(jié)點設計：采用法蘭連接構件方式，既要保證每個標準塊的剛度穩(wěn)固、不會在運輸狀態(tài)變形；又要確保連接簡單、節(jié)點穩(wěn)固可靠。采用10#槽鋼加勁板式連接節(jié)點在運輸階段形成標準塊外框，同時在受外風載造成連接桿件受拉壓力矩影響時可以有效約束桿件的順風向穩(wěn)定效果；并且法蘭連接考慮連接的安全性和操作的便捷性上也是無可厚非的，具體模型和計算結果如下：最大應力228兆帕，位于桿件位置，滿足規(guī)范要求的“強節(jié)點弱桿件”的要求；計算最大連接變形僅1.5mm，中桿開孔變形不超過1mm，在螺栓連接的允許范圍之內(nèi)，接觸的螺栓面最大應力為108兆帕。計算見圖7、8、9。

圖5　　節(jié)點處外荷載和計算變形

圖6　　節(jié)點處應力和連接位置應力云圖

圖7　　分塊連接節(jié)點

圖8　　節(jié)點處外荷載和計算變形

圖9　節(jié)點處應力和連接位置應力云圖

3　結論

通過以上對兩種連接節(jié)點的各項指標的技術分析，得出如下結論：

（1）梁柱拼接節(jié)點：常規(guī)節(jié)點做法對整個牌面的剛度完全依托在整體牌面對立柱的剛性連接，要求采用大規(guī)格的鋼梁和鋼柱連接。采用拼接節(jié)點后，對鋼梁剛度要求降低了，但增加了梁柱拼接節(jié)點的制作，總體來說對于大風載、大跨度或高構件的廣告牌應該還是具有廣泛的適用性的。

（2）牌面拼接節(jié)點：可以將大跨牌面分解成幾個標準塊，便于運輸和安裝，但結構安全性能需要進行復核比選，其安全性能不如單根構件拼裝，但安裝效率和經(jīng)濟性能具有明顯優(yōu)勢。

（3）綜合考慮，由于廣告牌的標準構件多，材料采購庫存周期短，在經(jīng)過結構驗算的基礎上進行標準化的資源最優(yōu)配置，可以使用最少的資源投入，獲得最大的經(jīng)濟效益，對于廣告牌的制作和安裝具有明顯的指導意義。

參考文獻：

[1]中華人民共和國.戶外廣告設施鋼結構技術規(guī)程（CECS 148：2003）[S].

[2]中華人民共和國.戶外鋼結構獨立柱廣告牌（07SG526）[S].

[3]中華人民共和國.鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB50205-2001）[S].

[4]ANSYS11.0 結構分析工程應用實例解析[S].機械工業(yè)出版社,2008.