門式剛架靜力屈曲的計算機模擬

楊 衛 奇

(四川建筑職業技術學院，四川 德陽 618000)

門式剛架靜力屈曲的計算機模擬

楊 衛 奇

(四川建筑職業技術學院，四川 德陽 618000)

采用ANSYS有限元分析軟件對門式剛架結構進行線性靜力屈曲模擬,給出了某一時刻剛架的一階屈曲模態、屈曲載荷、柱的計算長度系數,分析了柱的計算長度系數計算機模擬值與理論值的關系，為類似問題的研究提供了依據。

門式剛架，一階靜力屈曲，長度系數，模擬

1 概述

隨著現代工業技術的發展, 很多新型、高強度的輕型超薄結構廣泛地應用于國防和民用工業的多個領域，其在靜力荷載作用下的屈曲問題引起了人們的極大關注，激發了人們對輕型結構屈曲問題研究的興趣。門式剛架作為輕型結構之一，普遍地應用于工業廠房、倉庫、路橋、體育館、展廳等，其屈曲問題一直是固體力學領域和工程界活躍的研究課題之一，因此合理地建立剛架靜力屈曲的理論分析模型，不但可以豐富和發展經典的穩定性理論，并且有著重要的工程應用價值。因此，本文對門式剛架的靜力屈曲問題進行了計算機模擬。

2 有限元建模

本文用ANSYS有限元分析軟件對門式剛架結構進行線性靜力屈曲模擬。荷載為集中荷載，作用于柱頂端，如圖1所示，梁柱等截面，截面形式為工字形，尺寸為550/220/6/12 mm，柱腳約束條件為鉸接。彈性模量為2.07E11，泊松比為0.265。單元類型采用Beam3單元，Beam3單元是一種可以承受拉、壓、彎作用的單軸單元，它可以有效地考慮構件在平面內的軸力和彎矩對結構整體穩定產生的影響。

3 靜力屈曲數值模擬與結果分析

表1 柱腳為鉸接，不同線剛度比下

3.1 鉸接和固接式的剛架計算機數值模擬

表1為柱腳鉸接，梁柱長度均為6 m時，不同線剛度比下剛架的特征值屈曲載荷及計算長度系數。圖2為剛架的一階屈曲模態，由圖可知剛架屈曲時有側移。

圖3為柱腳鉸接時，剛架的特征值屈曲載荷和梁柱線剛度比的關系。表1和圖3表明：當梁柱線剛度比小于某值時(約為2)，隨著A的增大，剛架的特征值屈曲載荷明顯增大；當梁柱線剛度比大于該值時，隨著A的增大，剛架的特征值屈曲載荷變化較平緩。

柱腳固接時，不同線剛度比下剛架的特征值屈曲載荷及計算長度系數，結果見表2和圖4，其規律同表1和圖3，不再重述。

表2 柱腳為固接時，不同線剛度比

3.2 結果分析

根據表1，表2的數值模擬結果與理論值的比較可知：柱的計算長度系數μ計算機模擬值與理論值基本吻合，誤差不超過0.45%，且與柱腳的約束情況無關，隨著梁柱線剛度比的減小，其誤差也越來越小。

[1] 王倩穎，韓志軍，張善元.兩種約束條件下平面門式剛架的屈曲分析[J].科學技術與工程，2008，8(20):5540-5543.

[2] 王倩穎，韓志軍，張善元，等.平面門式剛架靜力屈曲的仿真分析[J].工業建筑，2009(S1)：52-53.

[3] 楊衛奇.彈性圓柱殼軸向沖擊屈曲數值模擬[J].科技風，2009(23)：246.

The computer simulation of portal rigid frame static buckling

Yang Weiqi

(SichuanConstructionVocationalandTechnicalCollege,Deyang618000,China)

This paper made linear static buckling simulation to portal rigid frame steel structure using ANSYS finite element analysis software, given first-order static buckling mode, buckling load, the calculation length coefficient of column of a time frame, analyzed the relationship between column calculation length coefficient computer simulation value with the theoretical value, provided basis for the research on similar problems.

portal rigid frame, first-order static buckling, length factor, simulation

1009-6825(2015)32-0054-02

2015-09-02

楊衛奇(1981- )，男，碩士，助教

TU311

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