• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      廬江體育館屋面鋼結(jié)構(gòu)受力分析

      2015-03-11 03:48:16丁克偉汪洋
      安徽建筑 2015年3期
      關(guān)鍵詞:桿件桁架鋼結(jié)構(gòu)

      丁克偉,汪洋

      (安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院,安徽 合肥 230022)

      0 前言

      采用鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代建筑,這種建筑在業(yè)內(nèi)基本都被掛上了“綠色建筑”的名號(hào),在有限資源及可持續(xù)發(fā)展的情況下,這種可重復(fù)回收利用、低耗能、節(jié)約型的結(jié)構(gòu)被大力推廣[1]-[3]。一方面是它的可持續(xù)性特征,另一方面是因?yàn)樗袭?dāng)代橋梁、現(xiàn)代化廠房、大跨度、高層等建筑的使用要求。隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高,現(xiàn)代化的建筑不再一味的沿用傳統(tǒng)的建筑模式,不再滿足于老套的建筑功能,總而言之它已經(jīng)不能適用當(dāng)今的發(fā)展需要了。為了突破達(dá)到現(xiàn)代人的審美效果,越來(lái)越多的建筑結(jié)構(gòu)向著復(fù)雜化、多層次化等方向拓展,這就給我們的研究工作帶來(lái)了新的機(jī)遇,同時(shí)也面臨著更多的挑戰(zhàn)。

      鋼桁架結(jié)構(gòu)從平面向空間轉(zhuǎn)換,個(gè)體到部分再到整體,空間鋼桁架結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生著變化,這就要求我們更加需要深入掌握多自由度、多層次、復(fù)雜受力的結(jié)構(gòu)和相關(guān)模型計(jì)算,利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)將一些難度高、復(fù)雜的模型進(jìn)行科學(xué)處理,結(jié)合有限元知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工作中,讓高難度問題的解決變成可能[4][5]。以鋼結(jié)構(gòu)桁架梁?jiǎn)卧獮榇淼目臻g鋼結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)普遍被應(yīng)用于計(jì)算,正在廣泛的開發(fā)運(yùn)用有限元來(lái)分析實(shí)際工程中的桿件問題。在計(jì)算分析鋼結(jié)構(gòu)桁架桿件應(yīng)力時(shí),主要分析各個(gè)工序施工過(guò)程中的位移、變形與應(yīng)力,評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)桁架結(jié)構(gòu)的變形狀態(tài)及受力。

      1 鋼管桁架結(jié)構(gòu)分析理論

      1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型

      考慮多方因素,如受力方式、自由度、剛度、內(nèi)力分布、桿件、支座、單元等,來(lái)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)桁架模型,但其中比較重要的因素是相關(guān)節(jié)點(diǎn)剛性強(qiáng)度和桁架兩端的彎矩[6]-[8],在整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)桁架中,以剛接的形式將所有桁架單元桿件連接起來(lái),如經(jīng)常采用的焊接等固定方式,這時(shí)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)按梁?jiǎn)卧男问浇⒛P汀?/p>

      本模型能計(jì)算分析結(jié)構(gòu)在不同荷載或工況作用下的位移、應(yīng)力、內(nèi)力狀況,能分析處理由于節(jié)點(diǎn)處的剛性問題、梁?jiǎn)卧牟煌较蚝奢d等原因,引起結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的變形和彎矩。

      1.2 鋼管桁架的構(gòu)件設(shè)計(jì)原理

      節(jié)點(diǎn)作為連接各個(gè)桿件重要的聯(lián)絡(luò)單位,其在設(shè)計(jì)分析中占有著至關(guān)重要的地位??紤]鋼管桿件的外徑、內(nèi)徑和管厚,鋼管截面管厚、內(nèi)徑和外徑的選擇直接關(guān)系到桁架結(jié)構(gòu)的的承載力和穩(wěn)定性,利用等效截面原理,選取直徑與厚度比相對(duì)大的桿件作為設(shè)計(jì)桿件。選擇好節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),以期與桿件的關(guān)系達(dá)到協(xié)調(diào),整體桁架工作時(shí)連成一片,有著很好的建筑效果。

      本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用MAIDS/GEN有限元法分析,以梁?jiǎn)卧男问剑米钚?shì)能原理將位移作為未知量建立單元位移場(chǎng)函數(shù)求解[9][10]。在設(shè)計(jì)梁?jiǎn)卧獣r(shí),用一條直線的形式表示該結(jié)構(gòu)桿件,形狀上看起來(lái)幾乎與其他桿件的設(shè)計(jì)沒什么兩樣,在本工程鋼結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)中,梁?jiǎn)卧且粋€(gè)單元中兩個(gè)端頭各一個(gè)節(jié)點(diǎn),每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)與三個(gè)滑移共六個(gè)自由度的形式,無(wú)論施加于結(jié)構(gòu)的力是什么類型的,結(jié)構(gòu)的反應(yīng)變化都可以在模擬分析中得出,這樣的梁?jiǎn)卧涂梢猿惺芨鱾€(gè)方面的荷載。

      空間桁架梁?jiǎn)卧绾卧诮Y(jié)構(gòu)體系中計(jì)算,是眾多研究者必須要處理的一個(gè)步驟,先行設(shè)立各個(gè)分布的坐標(biāo)系如(α,γ,β),有如下規(guī)定:坐標(biāo)系的中心原點(diǎn)設(shè)在桁架梁?jiǎn)卧闹悬c(diǎn)位置,坐標(biāo)系中的α向是桿件軸線方位。桁架分析中,為了能夠使用自由度表示各個(gè)桿件的受力變形,梁的軸向位移及轉(zhuǎn)角位移都將它們規(guī)定為線性變化方式來(lái)處理,相應(yīng)的理論方程為:

      上式中:μe1為梁?jiǎn)卧貤U件的軸向位移;εe1為桁架梁?jiǎn)卧奈灰婆まD(zhuǎn)角;q1為梁?jiǎn)卧?jié)點(diǎn)1沿桿件軸向自由度位移;q2為梁?jiǎn)卧?jié)點(diǎn)2沿桿件軸向位移。

      將三維結(jié)構(gòu)空間的梁?jiǎn)卧芯糠纸鉃槎S平面上的研究,彎曲部分的受力性能便放在了(α,β)二維和(γ,β)二維平面上進(jìn)行分析,它們互不干涉,于是就可以得到相應(yīng)的桁架結(jié)構(gòu)分析處理結(jié)果。

      2 工程概述

      本工程為安徽省合肥市廬江縣體育館工程。體育館場(chǎng)地原有地形較為平坦,位于廬江縣城東新區(qū),城東大道南側(cè),東外環(huán)路以西??偨ㄖ娣e12272m2,建筑高度19.600m2,此空間鋼管桁架體系將薄壁鋼有機(jī)地結(jié)合在一起,形成相互交錯(cuò)受力的荷載分?jǐn)傮w系,以承受自身和外加荷載。薄壁鋼管的使用,既大大降低了屋面的用鋼量和自重,又可承受軸力和彎矩,使結(jié)構(gòu)能有效地傳力,安裝簡(jiǎn)便,提高各個(gè)桿件的利用率,平面布置相當(dāng)靈活,抵抗地震作用能力強(qiáng)等好處。空間鋼架形成后,其結(jié)構(gòu)面內(nèi)剛度削弱,結(jié)構(gòu)面外剛度增加,結(jié)構(gòu)上的水平和豎向荷載通過(guò)空間截面結(jié)構(gòu)每個(gè)桿件的拉、壓、彎傳遞到下面支座上。主桿件或拉彎或壓彎,分工清晰。

      依據(jù)“荷載規(guī)范”的相關(guān)規(guī)定,以及設(shè)計(jì)圖紙相關(guān)說(shuō)明取值如下。永久荷載的取值:其中軟件程序自動(dòng)計(jì)入根據(jù)截面設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)自重,屋面恒載按1.0kN/m2計(jì),廊道按0.5kN/m2計(jì),屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.7kN/m2,屋架下弦活荷載1.0kN/m2,基本雪載標(biāo)準(zhǔn)值0.6kN/m2,基本風(fēng)載取50年一遇的基本風(fēng)壓0.35kN/m2。該鋼桁架結(jié)構(gòu)沿縱向較長(zhǎng)(約80m),是內(nèi)部的鋼屋面,跨度不是很大,所以在本次研究中可以暫不考慮溫度對(duì)結(jié)構(gòu)變化的影響。

      3 鋼管桁架結(jié)構(gòu)的受力分析計(jì)算

      3.1 計(jì)算模型與荷載組合

      該鋼管屋面為空間桁架體系,本文對(duì)桁架結(jié)構(gòu)建立的整體計(jì)算模型,采用MIDAS/Gen有限元軟件進(jìn)行靜動(dòng)力及穩(wěn)定性分析,計(jì)算模型見圖1??紤]結(jié)構(gòu)自重及各種荷載組合的情況,見表1。

      各種工況下的荷載組合 表1

      3.2 結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算分析

      3.2.1 結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的位移

      利用MIDAS/Gen分析軟件進(jìn)行建模并對(duì)結(jié)構(gòu)在各種受力作用下的位移、變形進(jìn)行計(jì)算,在該受力狀態(tài)下出現(xiàn)的各種變化,像桿件的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移變化值、桁架的變形狀況、應(yīng)力變化等,很好的表明了鋼結(jié)構(gòu)桁架在剛性強(qiáng)度及承載力的可靠性。圖2給出了在不同工況下的位移變化情況,各位移變化對(duì)應(yīng)于不同荷載組合下的工況。

      由上述分析表明,結(jié)構(gòu)整體上在X、Y方向上水平位移較小,從而得出變形較小,其中X方向上水平位移最大值為-3.16mm,Y水平方向上出現(xiàn)的最大位移是6.53mm;這兩個(gè)最大值都出現(xiàn)在工況14上,并且在測(cè)點(diǎn)6上,從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性的角度上講,X、Y水平方向位移不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性能。另外可以看出,結(jié)構(gòu)在單獨(dú)恒載作用下始終處于一種較好的受力狀態(tài),各個(gè)節(jié)點(diǎn)、單元、桁架受力分布合理。在活荷載與恒定荷載組合作用下,本結(jié)構(gòu)工程位移最大豎向值為-70.02mm,出現(xiàn)在工況4上,滿足《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》及“鋼規(guī)”的要求。通過(guò)不同的荷載組合發(fā)現(xiàn),豎向荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響最大,且最大位移為-82.35mm,出現(xiàn)在工況14上,此時(shí)仍然滿足上述相關(guān)規(guī)范的規(guī)定要求。從本結(jié)構(gòu)設(shè)置的測(cè)點(diǎn)位置看:測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)4設(shè)置在鋼架結(jié)構(gòu)的懸臂位置,除去工況1和工況2的其余工況,位移的變化值大小主要在4.0mm~7.5mm,由于本結(jié)構(gòu)的外側(cè)鋼架與內(nèi)側(cè)鋼架是同一根鋼管,所以由此我們認(rèn)為,這些的位移和變形較小。測(cè)點(diǎn)2是在靠近支座附近的鋼管上,除去工況1和工況2,最大位移的變化值在1.5mm~2.5mm,由于靠近支座,這些的變形和位移可以忽略不計(jì)。測(cè)點(diǎn)4和測(cè)點(diǎn)5位于整個(gè)鋼管桁架內(nèi)側(cè)的1/3和1/4處,位移和變形都較大,為 25~75mm,測(cè)點(diǎn) 6 在工況 4、5、6、10、12、14、15、16 作用下位移最大,為 70~81mm,但都在要求范圍之內(nèi),滿足規(guī)定。部分工況位移云圖見圖3。

      3.2.2 桁架構(gòu)件在各項(xiàng)工況作用下的應(yīng)力分析

      從鋼架結(jié)構(gòu)的角度看,應(yīng)力的大小是判斷桁架鋼結(jié)構(gòu)各個(gè)工況組合受力是否合理的關(guān)鍵因素,是評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度重要指標(biāo)中關(guān)鍵的一項(xiàng),同時(shí)更是鋼管桁架結(jié)構(gòu)在安全性、穩(wěn)定度方面的重要保障。經(jīng)過(guò)有限元軟件計(jì)算,桁架構(gòu)件在各工況荷載作用下的極限應(yīng)力見表2。

      構(gòu)件在各工況:作用下的極大值應(yīng)力(KN/m2)表2

      從以上計(jì)算結(jié)果我們可以看出,在各不同工況荷載的作用下各工況下的結(jié)構(gòu)桿件應(yīng)力大小不一,為了能更好的直接體現(xiàn)結(jié)構(gòu)桿件的受力性能,選取幾個(gè)有代表性的工況組合,選取工況5、6、14、16進(jìn)行桿件受力分析。工況5在不同荷載組合下,桿件所受應(yīng)力最大值為135.7 kN/m2(在支座附近),中部桿件所受應(yīng)力極大值為105.8kN/m2;工況6在不同荷載組合下,桿件所受應(yīng)力最大值為135.0kN/m2(在支座附近),中部桿件所受應(yīng)力極大值為106.3kN/m2;工況14在不同荷載組合下,桿件所受應(yīng)力最大值為148.3kN/m2(在支座附近),中部桿件所受應(yīng)力極大值為117.8kN/m2;工況16在不同荷載組合下,桿件所受應(yīng)力最大值為145.7kN/m2(在支座附近),中部桿件所受應(yīng)力極大值為115.8kN/m2。以上4種工況組合下的荷載是極限狀態(tài)的受力情況,是整個(gè)鋼架結(jié)構(gòu)中受力最大的,但是其桁架應(yīng)力極大值、最大值均小于本工程所用Q345級(jí)鋼材的屈服強(qiáng)度,所以本工程鋼管桁架結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力滿足規(guī)范要求。其部分工況應(yīng)力云圖見圖4。

      由以上分析可以得出,各個(gè)桁架梁?jiǎn)卧词芾?、要么受壓,既受壓又受拉的桿件很少,只出現(xiàn)在局部桁架位置。在桁架結(jié)構(gòu)的最高點(diǎn)基本都是承受壓應(yīng)力的作用,逐次向低處減少,上下兩層受力分布上,下弦桿是受拉,上弦桿基本是受壓,也有不同但比較少,結(jié)構(gòu)的腹桿有時(shí)受拉有時(shí)受壓,它的受力性能及大小要根據(jù)荷載組合情況具體得出,設(shè)計(jì)時(shí)選擇腹桿截面尺寸及根數(shù)應(yīng)根據(jù)腹桿在結(jié)構(gòu)的具體位置來(lái)決定。從桁架結(jié)構(gòu)完整性上來(lái)講,桁架桿件應(yīng)力成規(guī)律性分布,布局、受力科學(xué)。

      4 小結(jié)

      綜上分析,本工程空間鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理,結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位桿件受力均勻,在對(duì)結(jié)構(gòu)位移和受力的處理上設(shè)計(jì)得當(dāng),充分考慮到了鋼屋架在支座處的變化受力狀態(tài),位移控制在規(guī)定合理的范圍內(nèi),合理用到了各桁架單元的性能;需要注意的是結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)的處理,設(shè)計(jì)者應(yīng)在各個(gè)桿件焊接問題上提出相關(guān)處理意見,以保證滿足傳力及受力要求。

      從該鋼管桁架結(jié)構(gòu)位移及圖表可以看出,本鋼屋架在中心的部分范圍無(wú)論是所受應(yīng)力還是豎向位移都比較大,剛度不強(qiáng),破壞的幾率相對(duì)其他部位而言較大,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。

      [1]果曉東.淺析中國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].世界家苑,2012(2).

      [2]敖強(qiáng).我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2002.

      [3]吳濤.鋼結(jié)構(gòu)體系建筑研究鋼結(jié)構(gòu)住宅的開發(fā)與設(shè)計(jì)[D].天津:天津大學(xué),2007.

      [4]李煥洋.多種桁架結(jié)構(gòu)工程分析生處理方法的研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D].重慶:重慶大學(xué),2012.

      [5]閆泰山.青島火車北站主站房抗震研究[D].成都:西南交通大學(xué),2012.

      [6]李志堅(jiān).大跨度鋼管桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[J].水運(yùn)工程,2004(6).

      [7]羅永峰,王春江,陳曉明,等.建筑鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)原理[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

      [8]GB50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2003.

      [9]王帽成.有限元法基本原理和數(shù)值方法[M].北京:清華大學(xué)出版社,1997.

      [10]Cuoeu,Ding Thin.Long-sPan Roof StrUcture[J].Modem Steel StrUeture,1994(5).

      猜你喜歡
      桿件桁架鋼結(jié)構(gòu)
      桁架式吸泥機(jī)改造
      頂推滑移法在鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工中的應(yīng)用
      鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)規(guī)范及要點(diǎn)探討
      首件鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件確認(rèn)機(jī)制在鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用
      山東冶金(2022年1期)2022-04-19 13:40:48
      基于臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的桿件初彎曲對(duì)其軸壓性能的影響
      四川建筑(2021年1期)2021-03-31 01:01:46
      塔式起重機(jī)拼裝式超長(zhǎng)附著桿設(shè)計(jì)與應(yīng)用
      擺臂式復(fù)合桁架機(jī)器人的開發(fā)
      Loader軸在雙機(jī)桁架機(jī)械手上的應(yīng)用
      KD379:便攜折疊式衣架
      某網(wǎng)架桿件彎曲的原因分析及處理
      谢通门县| 措美县| 江陵县| 镇安县| 拉萨市| 澄江县| 三门峡市| 深泽县| 衡南县| 铜陵市| 景德镇市| 伊通| 平果县| 青龙| 博白县| 岫岩| 乌什县| 旌德县| 阳东县| 灵寿县| 沁源县| 淅川县| 桃园县| 巩义市| 太仓市| 招远市| 茂名市| 平凉市| 文成县| 民乐县| 白玉县| 福海县| 雅江县| 怀仁县| 榆社县| 璧山县| 开阳县| 莆田市| 保亭| 兴安县| 甘泉县|