钢结构结构性能对加工和安装偏差的敏感性研究

王立

攀钢集团工程技术有限公司成都分公司

摘要：钢结构主要包括单层和多层框架，这些框架都是通过建立参数化模型，并利用有限元分析软件来规范钢结构在加工和安装偏差数据，然后将这些数据作为输入参数，将最大位移、最大应力以及非线性稳定承载能力等数据作为输出数据，从而来研究钢结构性能对加工和安转偏差的敏感性。基于此，本文首先简单的介绍一下钢结构加工和安装偏差分类以及灵敏度分析的基本原理，随后主要从单层钢结构对加工和安装偏差的敏感性进行研究。

关键词：钢结构;结构性能;加工和安装;敏感性

随着我国对钢材料应用政策的不断推广，使着我国的建筑钢结构得到了飞速的发展。特别是在上海北京等发展较快的城市，已经陆续建立起很多的高层钢结构建筑，这些钢结构建筑材质轻、强度高、抗震性能极好，因此被建筑施工能广泛应用。但是其结构性能对加工和安装偏差的名感性影响极强，因此要加强钢材料结构工程的质量，从而保证钢结构建筑的正常加工和安装。本文首先对钢结构加工和安装偏差分类进行了分析，并对灵敏度分析的基本原理做出了解释，随后从单层钢结构对加工和安装偏差的敏感性进行研究。

一、钢结构加工和安装偏差分类

在进行钢结构工程的加工和安装过程往往会因为各式各样的因素出现偏差，而这些加工和安装偏差可根据《钢结构施工质量验收规范》的要求，按照单层钢结构、多层钢结构以及各种加工和安装过程中的偏差进行分类[1]。首先对于单层钢结构加工和安装偏差而言，主要分为五类，分别是：单层钢结构柱弯取矢量偏差;单层钢结构柱轴线垂直度偏差;单层钢结构梁侧向弯曲矢高偏差;柱脚底座中心线对定位轴线的偏差;中柱脚定位偏差梁跨中垂直度偏差（图一）。

（图一）单层钢结构梁跨中垂直度偏差图

多层钢结构加工和安装偏差主要包括五类，分别是：多层钢结构主体结构整体平面弯曲偏差;多层钢结构主体结构整体垂直度偏差;多层钢结构单节柱垂直度偏差;多层钢结构上下柱连接错口偏差;多层钢结构同一根梁两端顶面高差偏差（见图二）。

（图二）多层钢结构同一根梁两端顶面高差偏差图

二、灵敏度分析的基本原理

对于钢结构性能对加工和安装偏差的敏感性测试而言，目前主要使用的软件还是大型有限元分析软件ANSYS，这种灵敏度分析利用的是有限元的概率设计，通过对输入参数的研究，从而判断出体系输出参数的特性和影响范围。ANSYS软件可以提供秩相关系数和皮尔逊积矩相关系数两种系数以及响应面法和蒙特卡罗法等概率设计方法，从而更好地进行敏感性测试，但是在实际测量中，一般都采用蒙特卡罗法[2]。具体的灵敏度计算过程见下图三。

（图三）概率灵敏度分析数据流程图

三、单层钢结构对加工和安装偏差的敏感性

（一）最大应力对加工和安装偏差的敏感性研究

在进行敏感性分析时，首先需要估计一个总体参数范围区间，也就是显著性水平。显著性水平一般都在0到1之间，如果数值越大，那么原假设就会有很大的可能性被否定。因此，如果显著性水平的值越高，其对结构性能的影响越高，就需要重视结构体系的影响，但会影响计算效率。如果显著性水平的值越低，对结构影响较小的变量就可以忽视，同时提高计算效率。根据相关分析表明，最大应力对柱脚定位偏差的敏感性最大，之后是柱轴线垂直度偏差，最后则是梁侧向弯曲矢高偏差。根据敏感性测量结果，在进行加工和安转过程中施加最大应力时，要将这三种偏差视为控制重点[3]。

（二）最大位移对加工和安装偏差的敏感性分析

在研究最大位移对加工和安装偏差的敏感性时，首先要规定显著水平为2.5%，之后将最大位移作为输入参数，可以得出最大位移对左右两侧柱脚定位偏差的影响最大，其次便是中柱脚定位偏差，敏感度影响最小的便是柱垂直度偏差，而对于梁侧向弯曲矢高的偏差没有任何影响[4]。因此，找到结构最大位移为响应量时，将左右两侧柱脚定位偏差作为控制的重点，同时也要重点注意中柱脚定位偏差和柱垂直度偏差。

（三）单层钢结构屈曲荷载系数对加工和安装偏差的敏感性研究

首先将屈曲荷载系数作为输出参数，根据输出参数的结果研究可得出在模拟循环初期，屈曲荷载系数的方差历史和均值历史的波动很大，而且迭代次数越多（差不多为2000次），波动范围减小，最后达到一个稳定的数值，表明方差和均值已经收敛，符合抽样需求，同时得出的最大应力值和最大位移值区间范围的可信度较高[5]。

四、结语：

总而言之，随着钢结构在建筑行业的不断应用，给建筑行业带来了很好的发展前景，但是钢材料加工和安装偏差对结构性能的影响也比较大。为了尽可能消除偏差，保障钢材料结构性能，本文首先分析了钢结构加工和安装偏差分类以及灵敏度分析的基本原理，并从单层钢结构对加工和安装偏差的敏感性进行研究，从而更好的规避钢材料加工和安装上的问题。

参考文献：

[1]仝曉莉，陈志华，赵中伟，etal.考虑施工影响的大跨度钢结构温度效应及敏感性研究[J].工业建筑，2018（8）.

[2]张国松，俞嘉俊，毛建光，etal.钢结构连廊加工制作、安装过程中的变形值与预留量的控制[J].建筑施工，2017（9）.

[3]舒罗生.钢结构桥梁的加工安装技术研究[J].科技风，2017（14）：125-125.

[4]陈秋汝.装配式钢结构住宅围护体系结构性能试验研究及数值分析[D].2017.

[5]公永建，刘国华，邓想.高性能建筑结构钢Q345GJB厚板的焊接工艺研究[J].热加工工艺，2017（13）：220-221+224.