楊泉

摘 要：本文結(jié)合我國最新的建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，利用大型通用有限元軟件ansys12.0對溫室用弧形鋼架在雪荷載下的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行了模擬仿真，指出了利用ansys軟件的進(jìn)行弧形鋼架受力仿真分析的合理建模、正確施加約束、正確加載思路。

關(guān)鍵詞：弧形鋼架；雪荷載；有限元分析；ANSYS軟件；溫室

1.工程實(shí)例

本實(shí)例中溫室的跨度為10m，其弧形鋼架結(jié)構(gòu)形式為雙管弧形鋼架腹桿結(jié)構(gòu)，如圖1所示，將弧形鋼架的空間結(jié)構(gòu)簡化成南北向的平面結(jié)構(gòu)，見圖2。

2.荷載計算

本文對荷載的計算過程不作詳細(xì)介紹，在此直接給出弧形鋼架的荷載值、荷載分布形式以及整個弧形鋼架的雪荷載分布情況。

我國最新《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》對永久荷載和可變荷載，規(guī)定了不同的分項(xiàng)系數(shù)。對永久荷載，當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時，取1.2；對可變荷載，一般情況下取1.4。因此本實(shí)例中的弧形鋼架的荷載組合設(shè)計值為1.2×（G1 +G2+G3 +G4）+1.4×（Sk+Q1+V）。

3. ansysy建模仿真分析

本文將直接通過節(jié)點(diǎn)和單元的方法生成弧形鋼架的有限元模型，這種方法更加便捷有效。啟動ANSYS軟件12.0進(jìn)行如下操作：

3.1創(chuàng)建單元類型

在ANSYS軟件的圖形用戶界面的左邊點(diǎn)擊main menu / preprocessor / element type / add /edit / delete ，在彈出的對話框中點(diǎn)擊add，在彈出的對話框，為弧形鋼架上弦和下弦選擇單元類型beam 2node 188，點(diǎn)擊Apply，為腹桿選擇單元類型link spar 8 ，點(diǎn)擊ok按鈕，再點(diǎn)擊close按鈕，創(chuàng)建單元類型完成。

3.2定義實(shí)常數(shù)

點(diǎn)擊main menu / preprocessor / real constants / add / edit / delete，在彈出的對話框中點(diǎn)擊add按鈕，在彈出的對話框，點(diǎn)選tpye 1 和type 2，分別為beam188和link8定義實(shí)常數(shù)。點(diǎn)選type 2，點(diǎn)擊ok按鈕，在彈出的對話框中輸入腹桿的橫截面積：0.00016（單位：m2）。點(diǎn)擊ok按鈕，在點(diǎn)擊close按鈕，完成實(shí)常數(shù)定義。

3.3定義材料屬性

所有材料均考慮為線彈性，各向同性，鋼材密度7850kg/m3，彈性模量E=2×105MPa，泊松比為0.3。點(diǎn)擊菜單main menu / preprocessor / material props / material models，在彈出的對話框中，依次點(diǎn)擊structural、linear、elastic、isotropic，在打開的對話框，輸入彈性模量值和泊松比值。點(diǎn)擊ok按鈕，完成材料屬性定義。

3.4設(shè)置beam188截面參數(shù)

點(diǎn)擊main menu / preprocessor / sections/beam / common sections，在彈出的beam tool對話框中，在ID中輸入1，代表弧形鋼架的上弦的截面參數(shù)。在sub-type的下拉式菜單中選擇與上弦（鋼管）截面相似的圖形符號。然后在下面的輸入框中輸入上弦的外徑和內(nèi)徑。點(diǎn)擊apply，同樣的做法，完成弧形鋼架下的截面參數(shù)設(shè)置。

3.5創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)

點(diǎn)擊main menu / preprocessor / modeling / creat /nodes / in active cs，在彈出的對話框，輸入第一個節(jié)點(diǎn)號及其坐標(biāo)軸（本例中節(jié)點(diǎn)號及其坐標(biāo)是在CAD圖中確定的，在此不作詳細(xì)介紹），然后點(diǎn)擊apply按鈕，依次輸入剩余節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號及其坐標(biāo)軸，最后點(diǎn)擊ok按鈕，完成節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建。

3.6創(chuàng)建單元，生成有限模型

點(diǎn)擊main menu / preprocessor / modeling / creat / elements / elem attributes，彈出單元屬性對話框。選擇element type number下拉式菜單下的 1beam188，點(diǎn)擊ok按鈕。接下來創(chuàng)建1 beam188 單元（弧形鋼架上弦），點(diǎn)擊element / auto numbered / thru nodes，彈出element from nodes對話框，在ANSYS主界面點(diǎn)選1、2節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)擊apply按鈕，建成一個單元，再點(diǎn)選2、3節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)擊apply，再建成一個單元，按照這樣的方式，直到點(diǎn)選44、45節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)擊ok按鈕，完成弧形鋼架上弦的所有單元的創(chuàng)建。同理，回到單元屬性對話框，選擇相應(yīng)的單元屬性并創(chuàng)建相應(yīng)的單元，依次創(chuàng)建腹桿單元和弧形鋼架下弦單元。

3.7施加位移約束

在弧形鋼架的兩端施加邊界條件，約束其各方向自由度。在實(shí)際情況中，弧形鋼架的兩端分別通過連接板固定在鋼筋混凝土中，位移約束情況與實(shí)際情況基本相同。

3.8施加荷載并求解

為方便計算，把上弦上的均布力簡化為作用于上弦節(jié)點(diǎn)的垂直向下的集中力，按照上述荷載組合施加荷載。

4.結(jié)論

在上述荷載組合下，弧形鋼架的變形情況為：X方向最大位移（7.398mm）的位置在前屋面中部靠南處，Y方向最大位移（3.545mm）的位置在屋脊附近，總位移的最大位移（13.402mm）在前屋面中部靠南處；并且受載后的變形是波浪形，這與實(shí)際情況中的溫室雪荷載變形情況基本一致的，說明本文講述的ansysy模擬分析過程是合理可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1]王雙喜.設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[2]余克強(qiáng).晉中地區(qū)溫室金屬拱架的有限元分析[D].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.6.