钢桁架悬臂结构设计与仿真分析.pdf

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1、70低温建筑技术2011年第8期(总第158期)钢桁架悬臂结构设计与仿真分析肖文丽(大庆石化工程有限公司．黑龙江大庆163417)【摘要】针对某工业厂房需要增加悬臂结构这一工艺要求，选取三种悬臂结构设计方案，系统介绍了三种方案的结构形式、材料选择及与已有结构协调的设计过程。采用有限元软件ANSYS对三种方案在荷载作用下构件的内力和挠度进行了分析，对比三种方案，得出采用悬臂钢桁架结构满足承载力和挠度要求并且便于施工，可为解决同类悬臂问题提供参考。【关键词】悬臂钢桁架；ANSYS；挠度控制【中图分类号】TU3

2、92【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2011)08—0070—021工程概况在钢架后边悬挑出1．5m，用直径为30mm圆钢与钢架黑龙江省鸡西市天源煤矿加工厂陈化库内传送拉结，同时对圆钢施加预应力。方案中钢架梁和柱的带需要穿越一段皮带走廊，为此需设计一段将传送带尺寸均为H250×125×5X8mm4。架高后跨越底下皮带并与对面相接的悬臂结构，悬臂2．2．2ANSYS有限元模型结构需要跨越的宽度为t5m。因为厂房主体结构已经梁和柱采用beam188单元¨，斜拉杆采用linkl完工，悬臂结构所在

3、节间内布置有斜撑，在设计悬臂单元。在设置link1实常数时施加预应力。Linkl划结构时考虑了与已有结构相协调的问题。厂房剖面分1个单元，beam188划分5个单元。约束Y=0处的图见图1。关键点所有自由度，在Y=8rn高度处施加荷载。方案有限元如图3所示。—=、图1厂房剖面图2悬臂结构设计图3斜拉型剐架有限元模型2．1悬臂结构吊挂在厂房钢架方案由于在设计原有厂房钢架时并未考虑到悬臂结2．2．3荷载统计及内力计算构自重及其上活荷载，在重新计算悬臂结构及其上活根据工艺要求，取活荷载标准值为0．4kN-m～。

4、荷载后刚架由于承载力不足而倾覆。所以将悬臂结通过施加重力加速度来考虑结构自重。采用荷载正构吊装在厂房钢架上方案不适宜本文所述情况。方常使用极限状态组合，用有限元软件ANSYS对本方案案如图2所示。进行分析。结构在荷载正常使用极限状态组合作用下的内力及变形如图4所示。[一I—I—从图3可以看出在荷载正常使用极限状态组合作监用下控制截面在悬臂根部，在加预应力的圆钢端部应一力也比较大。规范规定的挠度限制为L／250而此处挠度为32．6mm小于规范规定的数值。图2悬臂结构吊装在厂房钢架上的方案2．3悬臂钢桁架方案

5、2．2斜拉型钢架方案2．3．1截面、材料及预应力工艺的选择2．2．1截面、材料及预应力工艺的选择悬臂钢桁架方案采用Q235钢，杆件的尺寸如下：斜拉型钢架方案钢材选用Q235，采用三根直径为两根立柱采用H400×300X8×12(mm)；横向梁采用30mm圆钢为斜拉杆，等距离拉住悬挑出去的H型钢，H400×200×8×12(mln)，悬臂部分竖杆采用H300×肖文丽：钢桁架悬臂结构设计与仿真分析7l由于悬臂结构吊装在厂房刚架方案与厂房原设计相冲突，因此不列于表中。斜拉形刚架方案与悬臂钢桁架方案对比见表1。表

6、1斜拉形刚架方案与悬臂钢桁架方案对比图4斜拉型钢架内力及变形图从表1中可以看出悬臂钢桁架方案的竖向挠度和200X8×12(mm)，斜撑采用双角钢2L100×63×6内力均比斜拉形刚架方案要小很多，而在耗钢量上斜(mm)，两角钢之间填80mmX10(mill)填板，以保拉型刚架要比悬臂钢桁架要节省，但从施工角度看圆证其整体性和刚度，方案如图5所示。钢的张拉是一道复杂工序，无论张拉过大或张拉过小2．3．2有限元模型均会造成刚架挠度不符合工艺要求，因此综合各方面梁和柱采用beam188单元，采用三种不同截因素最

7、终选择悬臂钢桁架方案。面梁单元来模拟各构件在荷载作用下响应。由于斜4结语拉杆为二力杆，所以采用link8单元。Link8划分1个根据具体的工程要求，选取了三种方案。对三种单元，beam188戈Ⅱ分5个单元。约束Y：0处的关键点方案设计和施工要点进行了说明，分析和对比了三种所有自由度，在Y=8m处施加荷载。方案有限元如图方案的特点。按照厂房工艺要求并综合考虑各种因5所示。素对悬臂结构的影响，最终选用悬臂钢桁架结构方^N案。本文提出的分析方法和解决方案可为同类工程提供参考。参考文献[1]洪庆章，刘庆吉，郭嘉源

8、．ANSYS教学范例[M]．北京：中国铁道出版社，2002：5．图5悬臂钢桁架有限元模型[2]刘涛，杨凤鹏．精通ANSYS[M]．北京：清华大学出版社，2002．2．3．3荷载统计及内力计算[3]郝文化．ANSYS土木工程应用实例[M]．北京：中国水利水活荷载标准值取值与方案2相同。用有限元软件电出版社，2005．ANSYS对本方案进行分析。结构在荷载正常使用极[4]GB50017-2003，钢结构设计规范[s]．限状态组合作