某索拱架式机库有限元建模

分类：论文范文 发表时间：2020-11-20 09:12

　　摘要：结构有限元建模是动力分析的基础，本章在自定义梁截面并计算主杆截面特性参数的基础上，按装配式节点刚性连接和弹性连接，利用ANSYS软件，分别建立机库结构单榀索拱架刚性模型和半刚性模型。

　　关键词：大跨度结构；有限元建模；半刚性节点

　　1.工程概况

　　某大跨移动机库采用索拱架式结构，整体跨度42米，长度70米，由8榀标准索拱架通过刚性系杆和斜向十字支撑连接组成，刚性系杆连续布置，斜向十字支撑间隔两榀布置一道，每两榀索拱架间隔10米。每榀索拱架由6根圆弧形铝合金箱型梁通过套筒连接，并布置三根预应力拉索。主杆件采用6061铝合金，抗拉/压强度设计值为200MPa，拉索采用Q345E钢材，强度设计值为300MPa。

　　2.有限元建模

　　2.1连接节点刚度处理及有限元单元选择

　　研究表明，框架梁柱连接节点实际上不是完全的刚接或铰接，而是介于二者之间的半刚性连接，刚接和铰接都不能反映真实的连接特性[1]。该移动机库采用装配式连接节点，通过套筒和螺栓连接，构造复杂。根据三种装配式节点全尺寸实验[2]，测得了关系，并通过拟合得到装配式节点一刚度为1293kN.m/rad，装配式节点二刚度为3449kN.m/rad，装配式节点三刚度为6945kN.m/rad。在ANSYS中两个梁单元之间的默认连接为刚性连接，因此可通过两个有限元单元共节点的形式模拟刚性连接。对于半刚性连接，在ANSYS中可以通过COMBIN14弹簧单元等效模拟装配式节点的实际刚度。COMBIN14单元可通过KEYWORD关键字设置为仅具有平动或转动自由度，其平动或转动刚度通过实常数设置。COMBIN14单元没有质量，可以通过其它单元如MASS21单元施加质量。COMBIN14单元如图1所示。

　　2.2杆件和拉索有限元单元的选择

　　主杆：选用BEAM188梁单元，其对不规则的截面有两种设置方式：一是直接输入截面特性参数，二是引用自定义梁截面进行梁单元网格划分。BEAM188单元每个节点具有3个平动自由度和3个转动自由度。为了明确设置梁截面方向，网格划分时需要定义方向点K。BEAM188梁单元如图2所示。

　　斜柱、系杆、十字支撑：选用LINK180单元，通过KEYWORD关键字设置为既能受拉也能受压。LINK180单元每个节点具有3个平动自由度，不具有转动自由度，不能传递弯矩，默认连接为铰接。LINK180单元如图3所示。

　　拉索：拉索具有双线性刚度，同样采用LINK180单元模拟，但通过KEYWORD关键字设置为只能受拉不能受压。为了防止拉索松弛而“自由漂浮”，将拉索的受压刚度设置为一个极小的数值，防止拉索松弛导致计算不收敛[3]。

　　2.3围护结构等效处理

　　围护结构等效处理为杆件的附加质量。有限元建模时，采用MASS21单元来模拟围护结构的附加质量。MASS21单元具有6个自由度，即UX、UY、UZ和ROTX、ROTY、ROTZ，可以通过KEYWORD关键字设置是否考虑转动惯量。MASS21单元如图4所示。

　　最终建立有限元模型如图5所示。

　　图5大跨移动机库整体屋盖结构

　　参考文献

　　[1]陈宏,施龙杰,王元清,etal.钢结构半刚性节点的数值模拟与试验分析[J].中国矿业大学学报,2005,34(01):105-9.

　　[2]钟华生.某索-桁式移动机库装配式节点性能实验与结构风振响应数值分析[D];后勤工程学院,2016.

　　[3]王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].人民交通出版社,2007.

　　作者郑欣豪周强周长根

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