大型空间曲线钢立柱优化设计.pdf

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1、^智贵等：大型空问曲线钢立柱优化没讣47大型空间曲线钢立柱优化设计占智贵，陈海波(华南理工大学土木与交通学院．广州510641)【摘要】对于立柱，传统的设计方法是仅采用空间梁单元，具有一定局限性。本文采用空间梁单元建立了车站的整体模型，提取了曲线立柱的内力。使用有限元软件ANSYS建立了曲线立柱的局部空间有限元模型，得到了曲线立柱的在所有计算工况下的应力分布云图，采用ANSYS多工况取极值的方法，解决了多工况下应力云图的最大值显示的难题，找出了立柱在所有计算工况下的应力集中区域，直接指导设计工作，优化了设计。【关键词】曲线钢立柱；优化设计；ANSYS

2、【中图分类号】TU391【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2010)12—0047—02DESIGNoPTⅡIZATIoNoFLARGESPACIALCURVESTEELCoLUMNZHANZhi—gui，CHENHai—bo(SchoolofCivilEngineeringandTransportationinSouthChinaUniv．ofTech．，Guangzhou510641，China)Abstract：Forthedesignofcolumn，onlythespacialbeamelementisusedinthetra

3、ditionaldesign，andtherearesomelimitationsinthismethod．Inthispaper，spacialbeamelementwasusedtoestablishtheovralmodel，andtheintenalforcewasextractedforthecurvecolumn．Then，weusedANSYStoestab—lishthelocalmodeloftheeurvecolumn，andthestress—concentrationregionofthecolumninalltheload—

4、casewasobtained．AndthemethodofmutipleloadcasesoperationintheANSYSisusedtosolvethetheproblemofdisplayofmaximumvalueofmutipleloadcases．Atlast，weobtainedthestress—concentrationregion，andusethismethodtoguidethedesignoptimization．Keywords：curvecolumn；designoptimization；ANSYS1工程概况元进行

5、计算，得到立柱控制点的所有内力，然后拟定合理的某大型火车站上部结构为钢桁架，下部结构采用了空边长和厚度。具有计算简单易行，工作量小的优点。但是心曲线钢立柱，立柱高低错落有致，以达到美观效果。立柱本文所设计的立柱为空心曲线立柱，4个立柱通过横隔板和分为四柱，二柱和V柱三种类型。本文仅以四柱为例，如图竖隔板进行连接，成为一个整体的受力模型。对于钢结构，1所示。四柱的布置：采用空心方形截面，四个柱均采用底连接部分的构造是否合理对结构安全有直接影响。采用梁部直线段、中间曲线段和顶部直线段三个部分，然后在中间单元计算具一定的局限性：对于立柱之间的连接构件，无法

6、曲线段使用上下两道横隔板和三道竖隔板将四个立柱连接考虑应力集中；采用梁单元模拟立柱之间的连接构件，和立为整体，连接部分构造如图2所示。柱的实际受力情况不符，此外梁单元采用平截面假定，未能考虑截面的翘曲变形和畸变等。A柱对于此类特殊的立柱，最合理的设计方法是同时采用梁和壳单元。使用梁单元进行车站整体计算，之后，使用壳单元模拟立柱，将整体计算得到的内力输入到壳单元模型中，计算所有的控制工况，得到所有设计工况下的应力集中区域，然后采用相关的措施，改善应力分布。3立柱计算步骤对于立柱的优化设计分为以下步骤：(1)采用空间梁单元建立车站整体模型，提取所有工图1

7、四柱空间布置图图2连接部分构造况下立柱的内力。2设计方法对比(2)采用ANSYS建立立柱的三维有限元模型，为避对于立柱的设计，传统的设计方法采用的是空间梁单免考虑P—delta效应，采用将上横隔板以上3m至柱顶部断，低温建筑技术2010年第12期(总第150期)只保皤卜横隔板以』二3m至往底部作为局部有限元模型。(3)提取上横隔板以上3m处的内力，然后在上横隔ledef，27，27，l，!定义载荷工况27板以上3m处设置·面，将刚性面的中心节点作为加载ledef，28，28，1，!定义载荷工况28节点，施加集中荷载(6个分力：、盼、Fz、Mx、My和

8、)。lease，11将载荷工况l读人内存中(4)计算所有控制：亡况，在ANSYS中存储为相应的leoper，