基于有限元方法的鋼結構分析

何夢軍

摘 要：有限元分析在實際工程中的應用越來越普及，用于計算分析結構中的力學行為，具有重要的實際意義。本文使用有限元分析軟件，對排架鋼結構進行結構分析，其中包括結構變形及應變情況分析。通過建立排架有限元模型的方法進行建模，隨后對建立的模型進行約束條件和施加載荷的操作，最后對排架的模型進行求解并且查看結果后處理等操作，得出排架的變形應變情況并分析。

1.研究背景

鋼結構是用鋼材料組成的結構，是主要的建筑材料之一。鋼材的特點是強度高、自重輕、剛度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜;材料均勻性和各向同性好，屬于理性彈性體，最符合一般工程力學的基本假定;材料塑性好、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力載荷。本文將對鋼結構的典型形式——排架結構進行建模及受力分析。

2.研究內容

2.1三維建模

如圖1 所示排架的結構尺寸為12m×10m×9m，彈性模量E=2.06E5，泊松比μ=0.3，材料質量密度ρ=7850。單元類型：BEAM188

邊界條件：鋼排架與地連接的整個方向位移和轉角全約束。

2.2靜力學分析

2.2.1施加約束與載荷

排架是指由梁和柱構承重體系的成鋼結構，即由梁和柱組成排架共同抵抗使用過程中出現的水平載荷和豎直載荷。對所有的柱子的柱腳施加全方位的約束。對節點施加水平載荷或豎直載荷。對排架施加約束載荷后如圖2

2.2.2靜力分析結果

如圖3，結構最大變形197.051（單位為mm，下同）。X方向最大變形UX=-3.93553;Y方向最大變形UY=-17.6892;Z方向最大變形UZ=-197.037.

由分析結果可見，沿Z軸方向變形最大，且變形主要發生在屋頂梁。

如圖4，繞X軸轉動變形最嚴重處為屋頂;繞Y軸轉動最嚴重處為迎風面;繞Z軸轉動變形最嚴重處為屋頂中部。整體來看，邊緣梁中點處最為危險。