ANSYS在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

2013-08-14 by:廣州Ansys中心來源:仿真在線

0 引言

    網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是桿件按照一定的規(guī)律布置,通過節(jié)點連接而成的網(wǎng)狀空間桿系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由處在2個平面內(nèi)的桿件組成,形成平行的上弦與下弦,其間以斜桿和豎桿相連。網(wǎng)架的受力特點是桿件均為鉸接,不能承受彎矩和扭矩,因此所有的桿件只受拉或受壓,即使實際的網(wǎng)架節(jié)點具有一定的剛度,不是理想鉸,彎矩和扭矩的影響也是很小的。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的自重輕,用鋼量僅為25kg/m2。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件規(guī)格,適宜工廠化生產(chǎn),此外,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)還具有跨度大、美觀、施工快等優(yōu)點,這為加速工程進度提供了有利的條件和保證。

    隨著社會生產(chǎn)的迅速發(fā)展和人們經(jīng)濟文化生活的日益豐富,社會對建筑結(jié)構(gòu)從形式和工作性方面都提出了更高的要求。在空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以其特點,在體育館、展覽廳、影劇院、工業(yè)廠房、倉庫、飛機庫等各類建筑中獲得了廣泛的應(yīng)用,但是要對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在試驗室進行試驗比較困難,模型制作和試驗工作量大,試驗結(jié)果的離散性大,費用高,需要較多的人力、物力和場地。相對而言,有限元數(shù)值計算及軟件模擬在這方面具有很大的優(yōu)勢。本文采用有限元軟件ANSYS對一網(wǎng)架屋蓋結(jié)構(gòu)的工程實例進行了分析,表明ANSYS在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的可行性及必要性。

1 工程實例

某體育館屋蓋為鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu),由簡支的鋼網(wǎng)格組成,接頭設(shè)在網(wǎng)格交點處。整個屋蓋為32 x32m2,由16 x 16個網(wǎng)格組成,每個網(wǎng)格為2x2m2,網(wǎng)架高lm,所有網(wǎng)格采用標準構(gòu)件拼裝而成,接頭為鋼板加螺栓組成,接頭板厚10mm,螺栓為M20型,屋蓋頂部采用鋼屋面板作為防水材料。

2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的ANSYS建模

建立該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有限元模型,對于該網(wǎng)架中的各種桿件采用Link 1單元進行模擬,分為4種,分別表示上弦桿、下弦桿、豎桿和斜桿,采用線彈性的本構(gòu)模型,取鋼材的彈性模量為,泊松比為0.3,建立幾何模型,并對其進行網(wǎng)格劃分,加上邊界條件及荷載。

3 ANSYS分析網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力

該鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)ANSYS分析得到的內(nèi)力如圖3,從中我們可以看到,上弦桿受壓,軸力最大值為74.193kN,最小值為0;下弦桿受拉,軸力最大值為73.613kN,最小值為8.5kN;豎桿受壓,軸力最大值為0.804kN,最小值為0.403kN,斜桿拉壓。這樣就可以根據(jù)得到的軸力值和網(wǎng)架的參數(shù)值來計算各桿件所受到的應(yīng)力,結(jié)果見表2,從而判斷該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中各桿件是否滿足設(shè)計規(guī)范要求。

4 ANSYS分析網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變形

圖4為利用ANSYS分析得到的該鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變形圖,從圖中可以看到各個截面位置處的撓度,只要我們控制最大撓度在允許值之內(nèi),就可以說該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)滿足變形要求,從圖中可以看到,最大變形發(fā)生在中間位置處截面,變形值大小為36.343mm,按照1/500的跨度值作為允許值,則32m跨的變形控制在64mm之內(nèi)就可以,因此該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變形滿足要求。

5 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析

利用ANSYS還可以進行結(jié)構(gòu)動力學分析,模態(tài)分析是最常用的形式之一,在對該網(wǎng)架進行模態(tài)分析時采用子空間法(subspace),分析該網(wǎng)架在自重荷載作用下的頻率(固有頻率)和相應(yīng)的振型圖。由于模態(tài)分析得到的頻率有很多階,考慮到地震激勵的頻率一般只有前幾階有實際意義,故本文只取前3階,并給出了相應(yīng)的振型圖.該體育館工程應(yīng)該避免在這3階頻率下工作,以防止產(chǎn)生共振,這在實際應(yīng)用中有很重要的指導(dǎo)意義,同時振型圖揭示了該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的振動動態(tài)過程。能更直觀地看到該網(wǎng)架的整個振動變形的相對幅度。

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