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一種基于有限元軟件屈曲分析求解鋁合金受彎構件整體穩定系數的方法

來源:2011年會論文集 作者:* 日期:2011-5-6 　 頁面功能 【字體：大 中 小】【打印】【關閉】【評論】
摘要：鑒于《鋁合金結構設計規范》GB 50429-2007（以下簡稱規范）對受彎構件的整體穩定系數的計算比較復雜，且規范公式僅適用于對稱截面以及單軸對稱截面繞對稱軸彎曲的情況，對不對稱異形截面在實際工程設計中不具有可操作性，本文提出一種利用有限元軟件對異形截面建立三維有限元實體模型，采用SAP2000程序對模型進行屈曲分析，從而求得構件的彎扭穩定臨界彎矩Mcr，再利用規范附錄C中公式C-1、C-2、C-3來求得受彎構件的整體穩定系數φb。
關鍵詞：鋁合金梁；整體穩定；有限元法；屈曲分析；不對稱截面
　　本文作者：王治明   趙華
　　不對稱異形截面鋁合金梁整體穩定系數計算是一個比較復雜的過程，通常不借助計算機輔助程序很難完成，本文主要目的是探索目前在工程實際設計過程中如何快速、有效地確定鋁合金簡支梁的彎扭穩定臨界彎矩，從而確定鋁合金簡支梁的整體穩定系數φb，首先我們先確定該方法的可行性，方法是采用H型截面分別按規范公式[1]和建立有限元三維模型進行彎扭穩定臨界彎矩計算[4]，對結果數值進行對比分析，從而判斷該方法的可靠性。而后利用已求得的簡支梁的彎扭穩定臨界彎矩Mcr，結合規范附錄C中公式C-1、C-2、C-3來求得受彎構件的整體穩定系數φb，用于工程結構計算中的受彎構件整體穩定驗算中，公式

　　2  簡支梁的彎扭穩定臨界彎矩計算采用有限元軟件計算
　　2.1在計算程序中輸入構件的材料參數，需要說明的是一般計算程序可以自動計算一些材料參數[4]，這時發現這些值可能與規范有些出入，這其中的原因是規范中的值為取整的近似值（完全滿足結構設計精度要求），而軟件則采用計算值，兩則差別不大，可以采用局部調整參數，以擬合規范。
　　2.2建立有限元三維實體模型，并適當調整網格劃分，以求得到較為精確地結果，一般來講，網格劃分得越精細，計算結果越逼近精確解，但網格劃分太精細將帶來分析數據量很大[4]，結合計算機性能的特點，確定合理的網格劃分。
　　2.4模擬平面外支撐作用，采用約束平面外作用點的水平位移。
　　2.5建立Bucking分析工況。
　　2.6分析完成后提取彎扭屈曲因子，計算得到臨界彎矩。
　　3 建立數據對比分析
　　3.1建立兩種截面兩種跨度不同荷載形式及不同平面外支撐條件的計算模型（共計8種分析模型），對比按照規范計算的結果與采用有限元軟件計算得結果對比，分析以按規范計算得結果為基準數的誤差百分比，具體分析數據見下表。

　　3.2通過分析可知，采用有限元軟件計算的結果與按照規范計算結果比較接近，該結果具有一定的可靠性，可以用于實際工程分析中，同時4、5項結果偏差較大與建模時集中荷載作用位置與側向支撐約束點位置有關，需要針對具體問題具體分析，綜上所述，采用有限元軟件求解構件的彎扭穩定臨界彎矩是一種可行的辦法，同規范計算公式得到的計算結果一樣，采用有限元軟件求得的彎扭穩定臨界彎矩也沒有考慮結構中的殘余應力和構件本身的初始缺陷的影響[3]，該部分對構件整體穩定的不利影響將在后面的整體穩定系數的計算公式中予以考慮，本文不予討論，后面僅利用規范中的公式求解梁的整體穩定系數φb.
　　4 計算異形不對稱截面簡支梁的整體穩定系數
　　通過上面分析結論，我們利用有限元分析軟件求解構件的彎扭穩定臨界彎矩，結合規范公式求解構件的整體穩定系數，以滿足鋁合金工程的設計需要！下面我們按照有限元方法求解一異形截面鋁合金梁的臨界彎矩及整體穩定系數。

　　5  結語
　　通過計算結果數值分析，該方法計算受彎構件的整體穩定系數的方法是可行的，但鑒于缺少不對稱異形截面的試驗數據，需要工程師對異形不對稱截面簡支梁的整體穩定系數做更多的研究。算例中計算的異形不對稱截面為閉口截面，故其整體穩定性較好！
　　參考文獻
　　[1] GB 50429-2007 鋁合金結構設計規范[S] .
　　[2] GB 50017-2003 鋼結構設計規范[S] .
　　[3]  陳驥.鋼結構穩定理論與設計[M] .3版.北京:科學出版社，2006
　　[4] 北京金土木軟件技術有限公司.SAP2000中文版使用指南[M] .1版. 北京:人民交通出版社，2006
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