大跨度变截面门式刚架静力仿真分析.pdf

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1、108低温建筑技术2012年第8期(总第170期)大跨度变截面门式刚架静力仿真分析计静，谢丹，姜良芹(1．东北石油大学土木建筑工程学院。黑龙江大庆163318；2．省级防灾减灾工程与防护工程重点实验室，黑龙江大庆163318；3．大庆市规划建筑设计研究院．黑龙江大庆163311)【摘要】针对某大跨度门式刚架设计，采用变梁柱变截面形式，利用有限元软件ANSYS，建立了单榀门式刚架有限元模型。通过对单榀门式刚架模型进行静力性能分析，得到其内力、应力和位移的极值及分布情况，经验算结构强度和变形均满足要求。进一步讨论了柱脚

2、约束形式及刚架高跨比对结构的内力、应力及变形的影响，为同类变截面门式刚架结构设计提供参考。【关键词】门式刚架；变截面；ANSYS；柱脚约束；高跨比【中图分类号】TU328【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2012)08—0108—02门式刚架结构具有造型美观、价格便宜、抗震性能好、可以用变截面梁BEAM44单元来模拟。BEAM44是一种具布置灵活和施工速度快等优点，以其可实现的跨度大被广有承受拉、压、扭转和弯曲能力的单轴梁。结构的有限元模泛应用于工业建筑房屋中结构形式中。目前许多厂房的结型如图1所示，

3、在柱脚处只约束了x．y、方向的平动，而、构都是等截面的，设计过于保守，造成材料的大量浪费。为y、z轴向的转动没有约束。经计算屋面永久荷载标准值为了节约钢材，将门式刚架设计成变截面形式，以使截面的布0．3kN／m，按不上屋面可变荷载标准值取为0．5k_N／m。置和作用在门式钢架上的内力相匹配J，可充分发挥钢材的性能。本文针对某一厂房利用ANSYS软件建立了单榀大跨度变截面门式刚架结构的有限元模型，计算了在不同荷载组合情况下门式刚架的内力、应力及变形，对比分析了柱底铰接和刚接两种情况下结构的内力分布，讨论了门式刚架高跨

4、比对结构的影响，可为同类工程设计提供参考。1有限元模型(1)门式刚架参数。门式刚架厂房的跨度为36m，下檐高为10m，双坡屋面，坡度为1／9，檐口高度为12m。柱距图1单榀门式刚架有限元模型为9m，纵向共10榀刚架，总长90m。梁柱截面根据《门式刚2静力作用下内力及位移计算架轻型房屋钢结构图集》”选定为：柱翼缘宽为350nun，翼(1)内力计算及分析。按照承载力极限状态设计组缘厚为20ram，腹板高为4OO～1350mm，腹板厚为12mm；梁合，计算出刚架在荷载组合作用下的内力如图2所示。刚架翼缘宽为350mm，翼

5、缘厚为18ram，腹板高为1350—850mm，的弯矩、剪力值、轴力及等效应力值，最大等效应力为腹板厚为12mm。轻型门式刚架的斜梁和钢柱之间都选取137MPa，小于钢材的屈服强度(235MPa)，整个结构在荷载刚接，柱脚采用铰接j。组合作用下是安全的。刚架的最大弯矩、最大剪力、最大轴(2)有限元模型建立。采用ANSYS软件建立门式钢力以及最大等效应力均在梁柱的连接处取得，而变截面门架模型，考虑到门式刚架为平面受力结构，建立了具有代表式刚架在梁柱连接处的截面恰好是最大，这样就充分发挥性的一榀来进行分析，由于门式刚架

6、模型的梁柱都为变截面，了钢材的性能，也验证了变截面门式刚架的合理性。广一1nn厂]一一～一一～一一一一一-(a)弯矩图(b)剪力图(c】轴力图(d】等效应力图图2荷载组合作用下的内力图(2)位移计算与分析。按照正常使用极限状态标准定，斜梁竖向挠度的限值为L／180，即36000／180=200mm大组合，计算出剐架在标准荷载组合作用下的位移跨中最大于178．6mm；刚架柱顶位移限值为h／60，即10000／60=竖向位移为178．6ram，水平变形为55．9mm。根据规程规166．7mm远大于55．9mm。从以上分

7、析可知，结构变形满足计静等：大跨度变截面门式刚架静力仿真分析109规程要求。荷载组合作用下的变形图如图3所示。根据受力性能，柱脚连接形式可分为刚接和铰接。采用有限元模型对柱底刚接的刚架内力、位移及应力进行了计算。(1)内力计算及分析O按照承载力极限状态设计组合，计算出刚架在荷载组合作用下的内力及对比如表1所示。⋯～一一⋯～一一一～—一一一一一一～表1单榀模型轴力及等效应力值(&】竖向位移图(b)水平位移图图3荷载组合作用下的变形图3变截面门式刚架的合理结构形式门式刚架的受力性能与柱脚的连接形式、刚架的高跨比等因素有

8、关联，合理的柱脚连接形式、高跨比对大跨度变在荷载组合作用下，柱脚采用刚接时，结构内力图和等截面门式刚架的内力值和位移均有较大的影响。效应力图如图4所示。对比图2和图4可看出，两者弯矩图3．1柱脚的连接形式相差较大，而剪力图、轴力图和等效应力图分布形式相近。厂一]一一一一一m～-一_一一一一一～一一一～【丑)弩矩图(b)剪力图【c)轴力图(d)等效应力图图4荷