基于有限元方法的鋼結(jié)構(gòu)分析

何夢軍

摘 要：有限元分析在實際工程中的應(yīng)用越來越普及，用于計算分析結(jié)構(gòu)中的力學(xué)行為，具有重要的實際意義。本文使用有限元分析軟件，對排架鋼結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)分析，其中包括結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)變情況分析。通過建立排架有限元模型的方法進行建模，隨后對建立的模型進行約束條件和施加載荷的操作，最后對排架的模型進行求解并且查看結(jié)果后處理等操作，得出排架的變形應(yīng)變情況并分析。

1.研究背景

鋼結(jié)構(gòu)是用鋼材料組成的結(jié)構(gòu)，是主要的建筑材料之一。鋼材的特點是強度高、自重輕、剛度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜;材料均勻性和各向同性好，屬于理性彈性體，最符合一般工程力學(xué)的基本假定;材料塑性好、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力載荷。本文將對鋼結(jié)構(gòu)的典型形式——排架結(jié)構(gòu)進行建模及受力分析。

2.研究內(nèi)容

2.1三維建模

如圖1 所示排架的結(jié)構(gòu)尺寸為12m×10m×9m，彈性模量E=2.06E5，泊松比μ=0.3，材料質(zhì)量密度ρ=7850。單元類型：BEAM188

邊界條件：鋼排架與地連接的整個方向位移和轉(zhuǎn)角全約束。

2.2靜力學(xué)分析

2.2.1施加約束與載荷

排架是指由梁和柱構(gòu)承重體系的成鋼結(jié)構(gòu)，即由梁和柱組成排架共同抵抗使用過程中出現(xiàn)的水平載荷和豎直載荷。對所有的柱子的柱腳施加全方位的約束。對節(jié)點施加水平載荷或豎直載荷。對排架施加約束載荷后如圖2

2.2.2靜力分析結(jié)果

如圖3，結(jié)構(gòu)最大變形197.051（單位為mm，下同）。X方向最大變形UX=-3.93553;Y方向最大變形UY=-17.6892;Z方向最大變形UZ=-197.037.

由分析結(jié)果可見，沿Z軸方向變形最大，且變形主要發(fā)生在屋頂梁。

如圖4，繞X軸轉(zhuǎn)動變形最嚴重處為屋頂;繞Y軸轉(zhuǎn)動最嚴重處為迎風(fēng)面;繞Z軸轉(zhuǎn)動變形最嚴重處為屋頂中部。整體來看，邊緣梁中點處最為危險。