基于ANSYS的幕墻矩形夾具靜力分析

劉陽(yáng)　王成

【摘? 要】：隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，玻璃幕墻在社會(huì)上的使用率越來(lái)越高。點(diǎn)支式玻璃幕墻承載件主要分為駁接爪及夾具兩種結(jié)構(gòu)。本文從矩形夾具層次分析，其主要目的是要求矩形夾具能夠保證安全性及受力不變形的能力。要求夾具橫向能夠承受一定的風(fēng)壓，縱向能夠承受玻璃的自重，夾具會(huì)在這些載荷作用下，產(chǎn)生橫向和縱向的彎曲變形。本文以矩形夾具為例，計(jì)算了矩形夾具受到載荷作用下的變形情況，并將理論與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，可為工程設(shè)計(jì)提供理論參考。

【關(guān)鍵詞】矩形夾具;玻璃幕墻;靜力分析

1.工程概況：

1.1基本信息：

幕墻標(biāo)高：17.00m。

基本風(fēng)壓：（50年一遇）

地面粗糙度類別：B類

抗震設(shè)防烈度：8度

設(shè)計(jì)基本地震加速度：0.20g

玻璃結(jié)構(gòu)：TP15+12A+TP15鋼化中空玻璃

最大玻璃板塊：

材料：前蓋、后蓋、肋板、后支撐板

1.2荷載計(jì)算：

按標(biāo)高17.00m，角部區(qū)域計(jì)算風(fēng)壓：

（1）風(fēng)荷載計(jì)算值：

風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值：

單塊玻璃承受風(fēng)荷載：

（2）玻璃自重計(jì)算

玻璃重力密度：。

玻璃面積：

玻璃自重標(biāo)準(zhǔn)值：

玻璃自重設(shè)計(jì)值：

（3）地震荷載計(jì)算

β：動(dòng)力放大系數(shù)，取5.0

α：水平地震影響系數(shù)最大值，取0.16

γ_E：地震作用分項(xiàng)系數(shù)：1.3

單塊玻璃承受地震荷載：

（4）作用效應(yīng)組合

水平方向荷載考慮風(fēng)荷載和地震作用（最大危險(xiǎn)點(diǎn)處承受）;

垂直方向考慮自重：9.88kN。

按標(biāo)高17.00m，角部區(qū)域計(jì)算

2.有限元模型基本信息：

（1）根據(jù)項(xiàng)目情況計(jì)算出水平方向風(fēng)荷載和地震作用為13.21kN，豎直方向重力載荷為9.88kN。

（2）材料主要屬性：彈性模量2.06×10⁵MPa，泊松比0.3。

2.1 模型導(dǎo)入：

在Static Structural 模塊中導(dǎo)入模型后，雙擊Geometry啟動(dòng)DesignModeler創(chuàng)建模型應(yīng)用程序。

2.2初始網(wǎng)格：

在樹(shù)形目錄中選中“mesh”分支，在的屬性窗格中將physics preferences設(shè)置為CFD。在樹(shù)形目錄中右擊“mesh”，并選擇“generate mesh”，進(jìn)行網(wǎng)格的自動(dòng)劃分。使用視圖操作工具和三個(gè)坐標(biāo)軸來(lái)檢查網(wǎng)格的劃分情況。

2.3荷載施加過(guò)程：

（1）施加固定約束：選擇4個(gè)螺栓桿內(nèi)圓柱面為固定面。

（2）施加載荷：首先進(jìn)行正風(fēng)壓方向的分析，水平方向設(shè)置垂直于后蓋內(nèi)表面載荷為13210N，豎直方向設(shè)置垂直于后蓋中間肋板上表面載荷為9880N。下一步進(jìn)行負(fù)風(fēng)壓方向的分析，水平方向分別設(shè)置垂直于后蓋內(nèi)表面載荷13210N，方向與正風(fēng)壓相反，豎直方向與正風(fēng)壓是荷載施加方向相同。

2.4求解：

總應(yīng)力分布云圖，正風(fēng)壓下最大主應(yīng)力為92.721MPa，出現(xiàn)位置在中間肋板根部下方。負(fù)風(fēng)壓下最大主應(yīng)力為165.11Mpa，下方長(zhǎng)螺桿孔處。

3.結(jié)論

矩形夾具在正風(fēng)壓作用下，最大應(yīng)力發(fā)生在承受重力載荷的中間肋板根部下方，應(yīng)力最大值為92.721MPa;負(fù)風(fēng)壓作用下，最大應(yīng)力發(fā)生在下方長(zhǎng)螺桿孔處，應(yīng)力最大值為165.11MPa，最大應(yīng)力值均小于304不銹鋼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值205MPa。從靜力學(xué)分析結(jié)果可以看出，該矩形夾具結(jié)構(gòu)能夠滿足工程的需要。同時(shí)，通過(guò)ANSYS的對(duì)矩形夾具進(jìn)行靜力分析，得到了在外力載荷作用下矩形夾具應(yīng)力變化，對(duì)有限元分析過(guò)程有了一個(gè)直觀的了解，為工程上幕墻夾具的設(shè)計(jì)提供了理論參考。

注：本計(jì)算是考慮風(fēng)荷載和地震荷載對(duì)結(jié)構(gòu)最不利（即最大值）情況下進(jìn)行的。

參考文獻(xiàn)：

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