文洛式溫室主體結構有限元仿真分析

王暾 王宏亮 楊龍飛 王文江 趙成龍 何昭君

摘 要：文洛式溫室因其具有透光率高、成本低的特點，已經成為廣泛應用的溫室結構形式，為研究文洛式溫室結構的主體結構性能，本文采用有限元分析軟件ANSYS，對一個跨距12.80m，開間5.00m的文洛式溫室主體結構進行有限元仿真計算，分析在風載、雪載，結構自重和配重及附屬結構作用下，溫室整體結構的強度和穩定性，模擬計算結果為溫室的主體結構中立柱和桁架結構的設計提供依據。

關鍵詞：文洛式溫室;結構有限;元分析;立柱桁架

文洛式溫室是世界上硬質覆蓋材料溫室中使用量最大的結構形式，在國內已經成為玻璃溫室和PC板溫室的首選結構，并且由于其具有質量輕、用料少等優點，已成為現代溫室發展的主流。目前國內智能溫室處于起步階段，其需求量也在逐年增加，尤其隨著國家經濟多元化發展，溫室應用范圍也在不斷擴大，對結構的設計也有了一定的創新，結構的穩定性直接關系到溫室能否在惡劣環境下正常運行。

影響溫室結構最大的因素有風載荷和雪載荷，也是存在最為普遍的可變載荷，是在溫室設計時主要考慮的因素，所以有必要對溫室主體結構進行受力分析。

一、有限元模型

1.模型結構參數。選用文洛式溫室整體結構為研究對象，其主體結構是由表面鍍鋅處理的Q235B型材，具體參數如下：

2.單元類型。在ansys15.0軟件中，采用兩節點的3-D梁單元Beam188建立模型。取模型材料的彈性模量為206GPa，泊松比為0.3，屈服應力235MPa，劃分單元網格，建立文洛式溫室整體結構的計算模型，如圖1所示。

3.約束情況。本研究固定文洛式溫室立柱底部各方向的平動及轉動自由度，在桁架、天溝與立柱采用節點連接。

4.荷載工況。為使仿真計算更能反映真實情況，本研究考慮文洛式溫室在使用過程中所受到的主要載荷，即靜載荷+雪載荷+風載荷+物重。下圖為受力情況：

二、結果與分析

對模型在加雪載、風載和配重等載荷情況下進行模擬仿真計算，最大應力值發生在桁架，數值為24MPa，小于材料的屈服極限，如圖3所示。

圖4主體結構位移云圖，從圖可知最大變形在屋脊，位移為50mm，整體變形較小。

三、結束語

利用ANSYS軟件對文洛式溫室主體結構在風載、雪載和配重等作用下的受力全過程進行仿真計算，根據仿真結果可得到結論：溫室整體骨架的強度及變形能夠滿足相應的風雪載荷和附屬結構的自重影響，該溫室主體結構整體強度較高，為減少應力集中，應力最大位置在設計時需進行優化。

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