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近年來，大量集貿(mào)市場、活動中心和簡易廠房采用了鋼網(wǎng)架屋頂結(jié)構(gòu)。在鋼網(wǎng)架屋頂結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)初步確定后，如何對參數(shù)的可行性和結(jié)構(gòu)的可靠度進(jìn)行評價(jià)是個(gè)重要問題。目前在很多建筑設(shè)計(jì)院中采用中國建筑設(shè)計(jì)研究院開發(fā)的ＰＫＰＭ軟件進(jìn)行檢算。本研究基于有限元理論，利用ANSYS軟件對鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析建模、劃分網(wǎng)格、加載并求解，對該結(jié)構(gòu)的變形和強(qiáng)度進(jìn)行檢算。
某集貿(mào)市場的屋蓋為鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，由簡支的鋼網(wǎng)格組成，接頭設(shè)置在網(wǎng)格的交點(diǎn)處。整個(gè)屋蓋為32ｍ×32ｍ，由16×16個(gè)網(wǎng)格組成，每個(gè)網(wǎng)格為2ｍ×2ｍ，網(wǎng)格高1ｍ。所有網(wǎng)格都采用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件拼裝而成，包括角鋼、鋼板和中空方鋼，接頭為鋼板加螺栓組成，接頭板厚10ｍｍ，螺栓為Ｍ20型。屋蓋頂部采用鋼屋面板作為防水材料，厚1.6ｍｍ。
該集貿(mào)市場屋蓋鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的平面和立面布置圖如圖所示，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的上、下弦桿，斜桿和豎桿所采用的型鋼如圖所示，進(jìn)行計(jì)算所用到的參數(shù)如表所示。
通過方程的求解，可得到鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)的位移和結(jié)構(gòu)內(nèi)各桿件的軸力。本研究鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)的位移對應(yīng)著結(jié)構(gòu)的變形，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)內(nèi)各桿件的軸力對應(yīng)著結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)變形及其強(qiáng)度正是本設(shè)計(jì)的2個(gè)重要指標(biāo)。有限元理論的具體應(yīng)用和結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)的求解分析見下文。
在對具體問題進(jìn)行有限元分析時(shí)，首先要做的就是針對相應(yīng)問題建立適當(dāng)?shù)挠邢拊Ｐ�，由�?jié)點(diǎn)和單元構(gòu)成的有限元模型與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的幾何外形是一致的，其中最主要的是單元類型和形狀的選擇，以及網(wǎng)格的劃分。
由于鋼網(wǎng)架屋頂結(jié)構(gòu)中各桿件在端點(diǎn)處通過螺栓、鉚釘、銷釘或焊接而連接在一起，故本研究在建模前進(jìn)行2點(diǎn)假設(shè)：一是各桿件均由光滑的桿件和球形節(jié)點(diǎn)連接在一起，而且只要連接構(gòu)件的中心線相交于一點(diǎn)，通過螺栓或焊接而連接的節(jié)點(diǎn)都看作光滑的銷釘(無彎曲)；二是所有外荷載均施加在節(jié)點(diǎn)上。
啟動ANSYS程序，依次定義材料、結(jié)構(gòu)實(shí)常數(shù)和分析單元的類型。打開link1實(shí)常數(shù)對話框，添加4種link1單元的實(shí)常數(shù)，鋼網(wǎng)架屋頂中上、下弦桿、豎桿和斜桿的截面積分別為0.001 952ｍ2、0.001 35ｍ2、0.000 7ｍ2和0.000 389 2ｍ2。然后輸入鋼材的彈性模量2×1011及其泊松比0.3，關(guān)閉材料本構(gòu)模型對話框，建立該鋼網(wǎng)架屋頂結(jié)構(gòu)的有限元模型，如圖所示。
在建立了有限元模型之后，就可以對模型施加荷載并求解。施加荷載是進(jìn)行有限元分析的關(guān)鍵步驟之一，可直接對實(shí)體模型施加荷載，也可以對網(wǎng)格劃分之后的有限元模型施加荷載。本研究采用后者，對網(wǎng)格劃分完畢后的有限元模型進(jìn)行了加載。在ANSYS中對模型施加荷載，可有多種方法，而且通過荷載步選項(xiàng)，可以控制求解過程中如何使用荷載。荷載包括邊界條件和模型內(nèi)外部的作用力，在結(jié)構(gòu)分析中通常有：位移、力、彎矩及溫度等。本研究中采用的外荷載為施加于節(jié)點(diǎn)上的集中力，邊界條件為在模型左端相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處ｘ、ｙ兩方向無位移(固定鉸支座)，在右端相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處ｙ方向無位移(活動鉸支座)。
根據(jù)鋼網(wǎng)架屋蓋結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況，對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行加載模擬，在下弦桿各節(jié)點(diǎn)處施加方向向下、大小為352.6ｋＮ的力，在上弦桿中間部分各節(jié)點(diǎn)處施加方向向下、大小為806.4ｋＮ的力，在上弦桿兩端節(jié)點(diǎn)處施加方向向下、大小為403.2ｋＮ的力，加上外荷載和相應(yīng)邊界條件后的鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有限元模型如圖所示。
經(jīng)本研究分析，得出結(jié)論如下：
(1)在隧道洞外精密控制測量的復(fù)測中，對組成的同名基線進(jìn)行距離和方位角對比可以很驗(yàn)證復(fù)測成果是否符合施工精度要求。
(2)同名基線的驗(yàn)證方法可以有效地反映觀測誤差對隧道橫向貫通誤差的影響。
(3)工程實(shí)踐證實(shí)，同名基線對比分析可避免過于繁瑣的內(nèi)業(yè)工作，及時(shí)確保施安全和進(jìn)度。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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