陈泽贤 胡心焰 黄子佳 李文祥 李 进

(武汉建工集团股份有限公司，湖北 武汉 430056)

1 概述

随着梅雨季节的到来，部分地区出现了持续性的强降水，恶劣的天气导致全国各地发生了多起雨篷坍塌事件。因此，对雨篷的结构安全性提出了更高的要求，研究雨篷结构各工况下位移变化变形规律，可对钢结构雨篷的受力体系进行优化，最大限度减小钢结构雨篷的变形，保证结构的稳定性与强度。

武汉某项目主体结构超大悬挑钢结构雨篷采用大悬挑H型钢梁结构，其一端锚固在主体结构梁上，另一端由四根钢管拉结并分别锚固在主体结构的四个框架柱上。为了便于在施工过程中了解雨篷钢结构的变形位移以及最大程度减小雨篷结构对主体结构梁的负载，采用计算机仿真技术模拟钢构雨篷的施工过程及其位移应力的变化，并采取相应的措施控制钢构雨篷的最大变形及对锚固梁的影响。

2 关键技术应用

2.1 计算机监控仿真技术

工程采用大型有限元软件ABAQUS进行施工过程的仿真模拟。ABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。ABAQUS不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。

2.2 雨篷关键节点仿真模拟

在计算机仿真分析中，对结构边界条件以及构件节点之间的准确模拟是计算结果准确性的重要保证。根据设计图纸，雨篷结构关键节点有两处，一处为雨篷主梁与拉杆之间的铰接，另外一处为雨篷主梁与主体结构柱及梁的锚接。铰接就是允许连接杆可以绕x，y，z三个坐标轴任意方向转动但约束三个坐标轴方向的位移。在雨篷的安装过程中由于锚接件是采用高强度膨胀螺栓及转接钢板对雨篷主梁及主体结构进行连接的，当主体结构梁有较强的抗扭刚度时，可认为锚接为刚性连接。刚性连接即约束连接梁位于该连接点的6个位移自由度[1]，如图1所示。

2.3 雨篷安装过程支点的分布

按雨篷安装开始前，必须根据PKPM软件对脚手架的承载力进行验算，验算结果满足要求方可进行脚手架的架设施工，如图2所示。根据雨篷结构的特点，在不影响安装施工的前提下合理分布支撑点，故支承点不应与雨篷结构的节点位置重合[2]，施工方案的支承点分布如图3所示。在建模分析中，为了提高分析效率，脚手架对雨篷的支承模拟采用点位约束，即不建立脚手架模型，对支承点位置进行移位约束来模拟支承作用。

2.4 雨篷的安装流程及仿真工况划分

雨篷的安装施工流程为：锚点及脚手架定位放线→脚手架架设→脚手架承载力试验→雨篷主梁安装→锚点焊接紧固、检查雨篷横梁安装→拉杆安装→抗拉拔试验→玻璃板安装→脚手架拆除[3]。

根据雨篷重力荷载以及边界条件的变化，仿真过程分为5个工况来分析，如表1所示。

在工况4中，玻璃板的安装仅仅是增加了雨篷结构的受力荷载，因此出于简化模型及提高分析效率的考虑，采用等效重力荷载均匀分布于雨篷主梁和横梁上来替代玻璃板对雨篷结构的作用影响，见图4。

表1 5个工况情况说明

2.5 变形仿真结果

通过计算机仿真技术，能对钢结构雨篷施工过程中位移变化进行模拟及预测，如果变形位移超出设计要求，则可在施工前进行受力体系的优化和更改，直到满足设计要求才可进行具体的安装施工，保证雨篷施工的安全和质量[4]，如图5所示。

3 创新点

采用计算机仿真技术对超大悬挑钢结构雨篷施工过程变形监控进行仿真模拟，可清楚了解施工过程中钢结构雨篷各主要部位的变形特点及位移大小，能指导设计人员对钢结构雨篷的受力体系进行优化及局部连接点的改进，最大限度减小钢结构雨篷的变形，保证结构的稳定性与强度，见表2。

表2 工况1、工况4、工况5关键部位最大位移表

4 实施效果及经济效益

武汉某项目主体结构超大悬挑钢结构雨篷施工采用计算机仿真技术，各工况的位移变化符合实际变形规律，其仿真结果能有效指导施工人员的作业以及提高施工过程中的安全性，同时也验证了工程施工设计方案的可行性和安全性，较少施工过程中的返工及现场试验操作，节约施工成本，同时也能为类似的工程提供有效的参考。