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一種基于有限元軟件屈曲分析求解鋁合金受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)的方法

來源:2011年會(huì)論文集 作者:* 日期:2011-5-6 　 頁面功能 【字體：大 中 小】【打印】【關(guān)閉】【評論】
摘要：鑒于《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50429-2007（以下簡稱規(guī)范）對受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算比較復(fù)雜，且規(guī)范公式僅適用于對稱截面以及單軸對稱截面繞對稱軸彎曲的情況，對不對稱異形截面在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中不具有可操作性，本文提出一種利用有限元軟件對異形截面建立三維有限元實(shí)體模型，采用SAP2000程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行屈曲分析，從而求得構(gòu)件的彎扭穩(wěn)定臨界彎矩Mcr，再利用規(guī)范附錄C中公式C-1、C-2、C-3來求得受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)φb。
關(guān)鍵詞：鋁合金梁；整體穩(wěn)定；有限元法；屈曲分析；不對稱截面
　　本文作者：王治明   趙華
　　不對稱異形截面鋁合金梁整體穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，通常不借助計(jì)算機(jī)輔助程序很難完成，本文主要目的是探索目前在工程實(shí)際設(shè)計(jì)過程中如何快速、有效地確定鋁合金簡支梁的彎扭穩(wěn)定臨界彎矩，從而確定鋁合金簡支梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φb，首先我們先確定該方法的可行性，方法是采用H型截面分別按規(guī)范公式[1]和建立有限元三維模型進(jìn)行彎扭穩(wěn)定臨界彎矩計(jì)算[4]，對結(jié)果數(shù)值進(jìn)行對比分析，從而判斷該方法的可靠性。而后利用已求得的簡支梁的彎扭穩(wěn)定臨界彎矩Mcr，結(jié)合規(guī)范附錄C中公式C-1、C-2、C-3來求得受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)φb，用于工程結(jié)構(gòu)計(jì)算中的受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定驗(yàn)算中，公式

　　2  簡支梁的彎扭穩(wěn)定臨界彎矩計(jì)算采用有限元軟件計(jì)算
　　2.1在計(jì)算程序中輸入構(gòu)件的材料參數(shù)，需要說明的是一般計(jì)算程序可以自動(dòng)計(jì)算一些材料參數(shù)[4]，這時(shí)發(fā)現(xiàn)這些值可能與規(guī)范有些出入，這其中的原因是規(guī)范中的值為取整的近似值（完全滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精度要求），而軟件則采用計(jì)算值，兩則差別不大，可以采用局部調(diào)整參數(shù)，以擬合規(guī)范。
　　2.2建立有限元三維實(shí)體模型，并適當(dāng)調(diào)整網(wǎng)格劃分，以求得到較為精確地結(jié)果，一般來講，網(wǎng)格劃分得越精細(xì)，計(jì)算結(jié)果越逼近精確解，但網(wǎng)格劃分太精細(xì)將帶來分析數(shù)據(jù)量很大[4]，結(jié)合計(jì)算機(jī)性能的特點(diǎn)，確定合理的網(wǎng)格劃分。
　　2.4模擬平面外支撐作用，采用約束平面外作用點(diǎn)的水平位移。
　　2.5建立Bucking分析工況。
　　2.6分析完成后提取彎扭屈曲因子，計(jì)算得到臨界彎矩。
　　3 建立數(shù)據(jù)對比分析
　　3.1建立兩種截面兩種跨度不同荷載形式及不同平面外支撐條件的計(jì)算模型（共計(jì)8種分析模型），對比按照規(guī)范計(jì)算的結(jié)果與采用有限元軟件計(jì)算得結(jié)果對比，分析以按規(guī)范計(jì)算得結(jié)果為基準(zhǔn)數(shù)的誤差百分比，具體分析數(shù)據(jù)見下表。

　　3.2通過分析可知，采用有限元軟件計(jì)算的結(jié)果與按照規(guī)范計(jì)算結(jié)果比較接近，該結(jié)果具有一定的可靠性，可以用于實(shí)際工程分析中，同時(shí)4、5項(xiàng)結(jié)果偏差較大與建模時(shí)集中荷載作用位置與側(cè)向支撐約束點(diǎn)位置有關(guān)，需要針對具體問題具體分析，綜上所述，采用有限元軟件求解構(gòu)件的彎扭穩(wěn)定臨界彎矩是一種可行的辦法，同規(guī)范計(jì)算公式得到的計(jì)算結(jié)果一樣，采用有限元軟件求得的彎扭穩(wěn)定臨界彎矩也沒有考慮結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力和構(gòu)件本身的初始缺陷的影響[3]，該部分對構(gòu)件整體穩(wěn)定的不利影響將在后面的整體穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算公式中予以考慮，本文不予討論，后面僅利用規(guī)范中的公式求解梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φb.
　　4 計(jì)算異形不對稱截面簡支梁的整體穩(wěn)定系數(shù)
　　通過上面分析結(jié)論，我們利用有限元分析軟件求解構(gòu)件的彎扭穩(wěn)定臨界彎矩，結(jié)合規(guī)范公式求解構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)，以滿足鋁合金工程的設(shè)計(jì)需要！下面我們按照有限元方法求解一異形截面鋁合金梁的臨界彎矩及整體穩(wěn)定系數(shù)。

　　5  結(jié)語
　　通過計(jì)算結(jié)果數(shù)值分析，該方法計(jì)算受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)的方法是可行的，但鑒于缺少不對稱異形截面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，需要工程師對異形不對稱截面簡支梁的整體穩(wěn)定系數(shù)做更多的研究。算例中計(jì)算的異形不對稱截面為閉口截面，故其整體穩(wěn)定性較好！
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] GB 50429-2007 鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S] .
　　[2] GB 50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S] .
　　[3]  陳驥.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論與設(shè)計(jì)[M] .3版.北京:科學(xué)出版社，2006
　　[4] 北京金土木軟件技術(shù)有限公司.SAP2000中文版使用指南[M] .1版. 北京:人民交通出版社，2006
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