大跨度變截面門(mén)式剛架靜力仿真分析.pdf

《大跨度變截面門(mén)式剛架靜力仿真分析.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、108低溫建筑技術(shù)2012年第8期(總第170期)大跨度變截面門(mén)式剛架靜力仿真分析計(jì)靜，謝丹，姜良芹(1．東北石油大學(xué)土木建筑工程學(xué)院。黑龍江大慶163318；2．省級(jí)防災(zāi)減災(zāi)工程與防護(hù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163318；3．大慶市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院．黑龍江大慶163311)【摘要】針對(duì)某大跨度門(mén)式剛架設(shè)計(jì)，采用變梁柱變截面形式，利用有限元軟件ANSYS，建立了單榀門(mén)式剛架有限元模型。通過(guò)對(duì)單榀門(mén)式剛架模型進(jìn)行靜力性能分析，得到其內(nèi)力、應(yīng)力和位移的極值及分布情況，經(jīng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和變形均滿(mǎn)足要求。進(jìn)一步討論了柱腳

2、約束形式及剛架高跨比對(duì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、應(yīng)力及變形的影響，為同類(lèi)變截面門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考?！娟P(guān)鍵詞】門(mén)式剛架；變截面；ANSYS；柱腳約束；高跨比【中圖分類(lèi)號(hào)】TU328【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1001—6864(2012)08—0108—02門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)具有造型美觀、價(jià)格便宜、抗震性能好、可以用變截面梁BEAM44單元來(lái)模擬。BEAM44是一種具布置靈活和施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，以其可實(shí)現(xiàn)的跨度大被廣有承受拉、壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲能力的單軸梁。結(jié)構(gòu)的有限元模泛應(yīng)用于工業(yè)建筑房屋中結(jié)構(gòu)形式中。目前許多廠房的結(jié)型如圖1所示，

3、在柱腳處只約束了x．y、方向的平動(dòng)，而、構(gòu)都是等截面的，設(shè)計(jì)過(guò)于保守，造成材料的大量浪費(fèi)。為y、z軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)沒(méi)有約束。經(jīng)計(jì)算屋面永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值為了節(jié)約鋼材，將門(mén)式剛架設(shè)計(jì)成變截面形式，以使截面的布0．3kN／m，按不上屋面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值取為0．5k_N／m。置和作用在門(mén)式鋼架上的內(nèi)力相匹配J，可充分發(fā)揮鋼材的性能。本文針對(duì)某一廠房利用ANSYS軟件建立了單榀大跨度變截面門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的有限元模型，計(jì)算了在不同荷載組合情況下門(mén)式剛架的內(nèi)力、應(yīng)力及變形，對(duì)比分析了柱底鉸接和剛接兩種情況下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，討論了門(mén)式剛架高跨

4、比對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，可為同類(lèi)工程設(shè)計(jì)提供參考。1有限元模型(1)門(mén)式剛架參數(shù)。門(mén)式剛架廠房的跨度為36m，下檐高為10m，雙坡屋面，坡度為1／9，檐口高度為12m。柱距圖1單榀門(mén)式剛架有限元模型為9m，縱向共10榀剛架，總長(zhǎng)90m。梁柱截面根據(jù)《門(mén)式剛2靜力作用下內(nèi)力及位移計(jì)算架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)圖集》”選定為：柱翼緣寬為350nun，翼(1)內(nèi)力計(jì)算及分析。按照承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)組緣厚為20ram，腹板高為4OO～1350mm，腹板厚為12mm；梁合，計(jì)算出剛架在荷載組合作用下的內(nèi)力如圖2所示。剛架翼緣寬為350mm，翼

5、緣厚為18ram，腹板高為1350—850mm，的彎矩、剪力值、軸力及等效應(yīng)力值，最大等效應(yīng)力為腹板厚為12mm。輕型門(mén)式剛架的斜梁和鋼柱之間都選取137MPa，小于鋼材的屈服強(qiáng)度(235MPa)，整個(gè)結(jié)構(gòu)在荷載剛接，柱腳采用鉸接j。組合作用下是安全的。剛架的最大彎矩、最大剪力、最大軸(2)有限元模型建立。采用ANSYS軟件建立門(mén)式鋼力以及最大等效應(yīng)力均在梁柱的連接處取得，而變截面門(mén)架模型，考慮到門(mén)式剛架為平面受力結(jié)構(gòu)，建立了具有代表式剛架在梁柱連接處的截面恰好是最大，這樣就充分發(fā)揮性的一榀來(lái)進(jìn)行分析，由于門(mén)式剛架

6、模型的梁柱都為變截面，了鋼材的性能，也驗(yàn)證了變截面門(mén)式剛架的合理性。廣一1nn廠]一一～一一～一一一一一-(a)彎矩圖(b)剪力圖(c】軸力圖(d】等效應(yīng)力圖圖2荷載組合作用下的內(nèi)力圖(2)位移計(jì)算與分析。按照正常使用極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)定，斜梁豎向撓度的限值為L(zhǎng)／180，即36000／180=200mm大組合，計(jì)算出剮架在標(biāo)準(zhǔn)荷載組合作用下的位移跨中最大于178．6mm；剛架柱頂位移限值為h／60，即10000／60=豎向位移為178．6ram，水平變形為55．9mm。根據(jù)規(guī)程規(guī)166．7mm遠(yuǎn)大于55．9mm。從以上分

7、析可知，結(jié)構(gòu)變形滿(mǎn)足計(jì)靜等：大跨度變截面門(mén)式剛架靜力仿真分析109規(guī)程要求。荷載組合作用下的變形圖如圖3所示。根據(jù)受力性能，柱腳連接形式可分為剛接和鉸接。采用有限元模型對(duì)柱底剛接的剛架內(nèi)力、位移及應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算。(1)內(nèi)力計(jì)算及分析O按照承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)組合，計(jì)算出剛架在荷載組合作用下的內(nèi)力及對(duì)比如表1所示。?～一一?～一一一～—一一一一一一～表1單榀模型軸力及等效應(yīng)力值(&】豎向位移圖(b)水平位移圖圖3荷載組合作用下的變形圖3變截面門(mén)式剛架的合理結(jié)構(gòu)形式門(mén)式剛架的受力性能與柱腳的連接形式、剛架的高跨比等因素有

8、關(guān)聯(lián)，合理的柱腳連接形式、高跨比對(duì)大跨度變?cè)诤奢d組合作用下，柱腳采用剛接時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖和等截面門(mén)式剛架的內(nèi)力值和位移均有較大的影響。效應(yīng)力圖如圖4所示。對(duì)比圖2和圖4可看出，兩者彎矩圖3．1柱腳的連接形式相差較大，而剪力圖、軸力圖和等效應(yīng)力圖分布形式相近。廠一]一一一一一m～-一_一一一一一～一一一～【丑)弩矩圖(b)剪力圖【c)軸力圖(d)等效應(yīng)力圖圖4荷