户外广告牌异形拼装节点标准化仿真模拟计算研究

段生炜（安徽省交通控股集团有限公司,合肥　230000）

户外广告牌异形拼装节点标准化仿真模拟计算研究

段生炜
（安徽省交通控股集团有限公司,合肥230000）

摘要：本文通过对广告牌梁柱拼接节点和分块拼接节点的标准化研究，根据马鞍山地区32米双立柱式广告牌相应节点的模拟分析和计算研究，得到其米塞斯主应力、变形和接触面拉压应力范围，提出两种标准拼接节点的设计要点和适用范围，为拼接节点的标准化研究提供了一种新思路。

关键词：模拟分析；米塞斯主应力；拼接节点；接触面拉压应力；变形

1　概述

户外广告制作是在九十年代末期产生，近几年发展起来的。如今，众多的广告公司越来越关注户外广告的创意、设计效果的实现。各行各业热切希望迅速提升企业形象，传播商业信息，各级政府也希望通过户外广告树立城市形象，美化城市。这些都给户外广告制作提供了巨大的市场机会，也因此提出了更高的要求。

在这种市场要求下，国家已经发布了技术规程《户外广告设施钢结构技术规程》（CECS148：2003）和建筑图集《户外钢结构独立柱广告牌》（07SG526）对户外广告牌的设计和制作进行规范和指导。由于户外广告牌制胜的关键要求有超大的外观尺寸、独特的广告创意、绝佳的地理位置，拘泥于规范给定的节点样式往往会造成设计的滞后，材料采购加工的困难和安装的繁琐。在这种紧迫的压力下，合理的节点设计往往会简化相应的制作安装难度，提高标准化构件的生产效率，为企业的技术创新增添新的闪光点。

2　异形拼装节点设计过程

2.1依托工程简介

工程地点位于安徽省马鞍山地区，为双立柱式广告牌，跨度32米，立柱高7.3米，牌面高4米，两侧悬挑4米，基本风压为0.5千帕，抗震等级四级，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值0.1g，设计地震分组为第一组，设计特征周期0.35秒。广告牌立柱为方钢管，横梁为三道热轧H型钢组成的平面桁架，检修道采用角钢制作，具体见图1、2。

主要拼接节点包括：立柱牌面拼装节点，牌面整体运输安装拼接节点，对这两种节点进行仿真模拟计算和经济性归类标准化设计。

2.2节点设计要求

考虑到大批量加工和安装的标准化作业要求，尽量减少现场构件组装和焊接作业的工作量，在设计阶段就考虑采用标准化模块进行节点设计，分块及拼接节点位置如图3所示。

图1　（4米+32米+4米）户外双立柱式广告牌斜视图

图2　（4米+32米+4米）户外双立柱式广告牌正、侧视图

图3　户外双立柱式广告牌分块布置和拼接节点位置

节点设计应遵循的要求：（1）结构安全、施工便利，（2）材料的性价比较高，不能增加大量辅助构件，材料采购或代换简单，（3）生产工艺不复杂，无需进行专项开模或设置专项工艺胎具。

2.3节点设计过程

梁柱拼接节点设计：采用过渡连接构件方式，同时为广告画布提供翻转固定空间。过渡连接件设计如图4。

图4　　梁柱过渡连接节点

按整体设计计算结果输入外荷载和支反力，进行细部分析，对结果进行论证。就如同苍蝇拍的拍子面和立杆之间连接薄弱位置一样，为平衡经济性能和安全性能的协调，需要对梁柱将连接节点进行考证。计算发现整体变形最大位置位于无支撑的外板边缘，箱体内部变形较小，整体刚度能够满足体系立杆和面板之间的转换和变形协调，最大应力位于受压立柱和箱体内加劲板边缘，最大应力约184兆帕，已经接近最大允许应力215兆帕；最大变形1mm，变形较小，螺栓连接位置最大连接应力达到119兆帕，普通螺栓即可满足外荷载要求，整体过渡节点既满足安全要求，又充分发挥了材料的既有强度，计算结果如图5、6所示。

牌面拼接节点设计：采用法兰连接构件方式，既要保证每个标准块的刚度稳固、不会在运输状态变形；又要确保连接简单、节点稳固可靠。采用10#槽钢加劲板式连接节点在运输阶段形成标准块外框，同时在受外风载造成连接杆件受拉压力矩影响时可以有效约束杆件的顺风向稳定效果；并且法兰连接考虑连接的安全性和操作的便捷性上也是无可厚非的，具体模型和计算结果如下：最大应力228兆帕，位于杆件位置，满足规范要求的“强节点弱杆件”的要求；计算最大连接变形仅1.5mm，中杆开孔变形不超过1mm，在螺栓连接的允许范围之内，接触的螺栓面最大应力为108兆帕。计算见图7、8、9。

图5　　节点处外荷载和计算变形

图6　　节点处应力和连接位置应力云图

图7　　分块连接节点

图8　　节点处外荷载和计算变形

图9　节点处应力和连接位置应力云图

3　结论

通过以上对两种连接节点的各项指标的技术分析，得出如下结论：

（1）梁柱拼接节点：常规节点做法对整个牌面的刚度完全依托在整体牌面对立柱的刚性连接，要求采用大规格的钢梁和钢柱连接。采用拼接节点后，对钢梁刚度要求降低了，但增加了梁柱拼接节点的制作，总体来说对于大风载、大跨度或高构件的广告牌应该还是具有广泛的适用性的。

（2）牌面拼接节点：可以将大跨牌面分解成几个标准块，便于运输和安装，但结构安全性能需要进行复核比选，其安全性能不如单根构件拼装，但安装效率和经济性能具有明显优势。

（3）综合考虑，由于广告牌的标准构件多，材料采购库存周期短，在经过结构验算的基础上进行标准化的资源最优配置，可以使用最少的资源投入，获得最大的经济效益，对于广告牌的制作和安装具有明显的指导意义。

参考文献：

[1]中华人民共和国.户外广告设施钢结构技术规程（CECS 148：2003）[S].

[2]中华人民共和国.户外钢结构独立柱广告牌（07SG526）[S].

[3]中华人民共和国.钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）[S].

[4]ANSYS11.0 结构分析工程应用实例解析[S].机械工业出版社,2008.