多腔体异形巨柱焊接装配模拟分析

多腔体异形巨柱焊接装配模拟分析
瞿海雁1.2，张旭1，李鹏宇2
(1.华北理工大学建筑工程学院，河北唐山063009：2.中建钢构有限公司，北京100026)
[摘要]超高层建筑大多采用巨型框架加型钢混凝土核心筒的框筒结构形式，巨柱为此体系的主要传力结构，连接形式为焊接，对其进行焊接模拟分析、优化焊接工艺十分重要。对于这种大型结构的焊接模拟，存在计算效率低、精度低、周期长等问题，同时，巨柱焊接方式采用多层多道焊，对于焊接仿真需要进行合理简化。对此，运用“局部整体”法对异形多腔体巨柱进行焊接装配模拟。通过优化焊接工艺降低焊接变形，避免因焊后错边进行矫正造成的工期延误，大幅提高施工效率与经济效益。

内容摘抄：

1工程概况
中国尊项目采用巨型框架和型钢混凝土核心筒组成框筒结构体系，外框筒主要由巨柱、转换桁架、巨型支撑、重力柱组成，核心简主要由钢板墙、钢暗柱、钢暗梁、钢暗撑、钢楼梯、阻尼器组成，内外简共同构成多道设防的抗侧力结构体系。外框简主要材质为Q390JD,Q390GJC,核心简钢板主要材质为Q345GJC,使用钢板最厚达60mm。位于建筑物平面四角的异形多腔体巨柱底部截面面积63.9m2,由4个构件平面拼装而成，分为13个腔体，巨柱底部截面尺寸及腔体数均为世界之最（见图1,2）。

2模拟思路
焊接涉及机械、热传导和金属冶金，由焊缝处的应力与应变的改变而影响到整体构件的变形和残余应力。而对焊接模拟属于非线性有限元问题，由于模拟构件尺寸大，最大厚度达50mm,焊接方式为多层多道焊，如用传统方法进行模拟，焊缝将会达到上百条，会导致计算周期过长并且结果难以收敛。对此，通过结合“局部-整体”的思想，先根据巨柱实际坡口形式建立三维实体局部模型，导入SYSWELD求解并提取焊接变形结果，之后根据“焊接宏单元技术”将提取的结果插入整体壳网格模型并运用PAM-ASSEBMY求解[1o],通过变更焊接顺序以及装卡条件研究对焊接变形的影响。
3有限元模型建立
本工程异形多腔体巨柱是由4个Q390GJC的构件组成（见图3），共13个腔体，单节高度3.5m,通过34条焊缝拼接而成。坡口形式有3种，2种对接接口以及1种角接接口，Q390GJC具体相关参数如表1,2所示。

4模拟仿真
4.1局部模型求解
局部模型的焊接形式为多层多道焊，对于多层多道焊的焊接模拟较为复杂，需要简化2]。本文采用热循环曲线法，求解流程如下：生成局部网格并进行热源校核→前处理条件设置→求解观察结果→提取热循环曲线→前处理设置→使用多道焊向导→求解观察结果。

（略）

投稿会员：可爱莹