基于ANSYS的支撑对比分析

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1、基子ANSYS的支撑对比分析曹玉生王鑫内蒙古工业大学摘要：屈曲约束支撑在结构中是一种高效的抗侧力构件，利用ANSYS建立屈曲约束支撑和普通支撑的有限元模型并进行对比分析．包括弹性稳定性分析、单向加载分析、滞回分析。结果显示屈曲约束支撑在这三方面性能明显优于普通支撑。关键词：屈曲约束支撑；ANSYS；弹性稳定性分析；单向加载分析；滞回分析1引言钢框架结构是一种较为常用的钢结构形式。然而，纯钢框架在地震作用下的抗侧刚度有限，为了解决这个问题，工程设计人员在纯钢框架的基础上，提出了框架支撑体系，它可以有效提高纯钢框架的抗侧刚度。但

2、是，在强震作用下，普通支撑易受压屈曲，导致普通支撑刚度和承载力急剧下降，最后导致结构破坏。研究人员在普通支撑的基础上提出了屈曲约束支撑，可以解决普通支撑易受压屈曲和耗能能力有限的问题。本文主要目的是通过建立有限元模型，对比屈曲约束支撑和普通支撑在力学性能方面的差异，如：弹性稳定性分析、单向加载分析、滞回分析。2ANSYS建立有限元模型2．1普通支撑的截面参数为考虑与屈曲约束支撑进行力学性能的对比，普通支撑采用按照屈曲约束支撑的等效刚度来设计。普通支撑示意图见图1。单位：mm8050r一’一一一一————一tqof广—————

3、——————————————————————一————=hof葛肉l‘一⋯——一⋯————————————。刨2f旦‘—=iF一’嵩l叫嚣jNl—『N12}上。图1普通支撑示意图2．2屈曲约束支撑的截面参数屈曲约束支撑内核采用“一”字形截面、Q235钢材；外框筒为矩形、Q345钢材；采用C30混凝土。其相应示意图见图2。单位：toni3070250——————什1—?———————————1rl恻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

4、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．}1--—．．．：：：．．．．．．__I8050一————j嚣斟豳L吐_260瑚^2殴J图2屈曲约束支撑示意图2．3支撑杆件有限元模型的建立2．3．1普通支撑有限元模型的建立普通支撑的有限元模型，使用BEAMl88单元。BEAMl88单元为3D线性有限变梁单元。适用于分析细长到中等细长的杆件。普通支撑有限元模型如图3所示。图3普通支撑有限元模型2．3．2屈曲约束支撑有限元模型的建立屈曲约束支撑的有限元模型较为复杂，其中内核和外框筒部分使用SOLID65单元，

5、滑动约束单元部分使用SOLID45单元。另外，由于芯材与滑动约束单元、滑动约束单元与外套筒之间存在接触与摩擦，因此模型需要设置接触对。本文采2015．06剧，矧叫用ANSYS软件的接触向导设置接触对．共需设置两组接触对，一组为内核单元与滑动约束单元之间的接触．第二组为滑动约束单元与外框之间的接触。在第一组接触对中。内核单元设置目标面为TARGEl70单元：滑动约束单元设置接触面为CONTAl71单元。在第二组接触对中，外框设置目标面为TARGEl70单元；滑动约束单元设置接触面，为CONTAl71单元。屈曲约束支撑的有限元模

6、型如图4所示。图4屈曲约束支撑有限元模型3有限元计算结果及分析3．1支撑杆件的弹性稳定性分析对于弹性体系，一般认为其屈曲荷载可以作为体系承载能力的判断依据。对杆件进行弹性稳定性分析，求解其临界荷载并进行对比，分析其稳定性的差异。3．1．1普通支撑的临界荷载使用Newton—Raphson方法，对普通支撑的有限元模型进行计算，可以求解普通支撑的临界荷载。提取前3阶。如下表1所示。表1普通支撑临界荷载阶数临界荷载／kN12．19x10328．46xl0331．80x104普通支撑前3阶的屈曲模态见图5所示。"m^图5普通支撑屈曲

7、模态3．1．2屈曲约束支撑的临界荷载使用同样的方法，可以求解屈曲约束支撑的临界荷载。其前3阶临界荷载如表2所示。表2屈曲约束支撑I临界荷载阶数临界荷载／kN19．48x10321．51×1∥31．90x104屈曲约束支撑前3阶的屈蓝模态见图6所示。图6屈曲约束支撑屈曲模态3．1．3对比分析对普通支撑和屈曲约束支撑的临界荷载进行对比，如下图7所示。Z≤销挺酥妲．00E+04．50E+04．00E+04．50E+04．00E+04．50E+04．OOE+04．50E+04．00E+04．50E+03．00E+00234阶数普通支

8、撑屈曲支撑图7支撑杆件临界荷载对比综上可以看出，屈曲约束支撑的各阶临界荷载均比普通支撑的要大．尤其是前2阶荷载：屈曲约束支撑的第1阶荷载是普通支撑的4．33倍，第2阶临界荷载前者是后者的1．78倍。虽然二者的等效刚度非常相近，但从临界荷载的方面看，2015．0649lIlll，IIIll，