门式刚架静力屈曲的计算机模拟

杨 卫 奇

(四川建筑职业技术学院，四川 德阳 618000)

门式刚架静力屈曲的计算机模拟

杨 卫 奇

(四川建筑职业技术学院，四川 德阳 618000)

采用ANSYS有限元分析软件对门式刚架结构进行线性静力屈曲模拟,给出了某一时刻刚架的一阶屈曲模态、屈曲载荷、柱的计算长度系数,分析了柱的计算长度系数计算机模拟值与理论值的关系，为类似问题的研究提供了依据。

门式刚架，一阶静力屈曲，长度系数，模拟

1 概述

随着现代工业技术的发展, 很多新型、高强度的轻型超薄结构广泛地应用于国防和民用工业的多个领域，其在静力荷载作用下的屈曲问题引起了人们的极大关注，激发了人们对轻型结构屈曲问题研究的兴趣。门式刚架作为轻型结构之一，普遍地应用于工业厂房、仓库、路桥、体育馆、展厅等，其屈曲问题一直是固体力学领域和工程界活跃的研究课题之一，因此合理地建立刚架静力屈曲的理论分析模型，不但可以丰富和发展经典的稳定性理论，并且有着重要的工程应用价值。因此，本文对门式刚架的静力屈曲问题进行了计算机模拟。

2 有限元建模

本文用ANSYS有限元分析软件对门式刚架结构进行线性静力屈曲模拟。荷载为集中荷载，作用于柱顶端，如图1所示，梁柱等截面，截面形式为工字形，尺寸为550/220/6/12 mm，柱脚约束条件为铰接。弹性模量为2.07E11，泊松比为0.265。单元类型采用Beam3单元，Beam3单元是一种可以承受拉、压、弯作用的单轴单元，它可以有效地考虑构件在平面内的轴力和弯矩对结构整体稳定产生的影响。

3 静力屈曲数值模拟与结果分析

表1 柱脚为铰接，不同线刚度比下

3.1 铰接和固接式的刚架计算机数值模拟

表1为柱脚铰接，梁柱长度均为6 m时，不同线刚度比下刚架的特征值屈曲载荷及计算长度系数。图2为刚架的一阶屈曲模态，由图可知刚架屈曲时有侧移。

图3为柱脚铰接时，刚架的特征值屈曲载荷和梁柱线刚度比的关系。表1和图3表明：当梁柱线刚度比小于某值时(约为2)，随着A的增大，刚架的特征值屈曲载荷明显增大；当梁柱线刚度比大于该值时，随着A的增大，刚架的特征值屈曲载荷变化较平缓。

柱脚固接时，不同线刚度比下刚架的特征值屈曲载荷及计算长度系数，结果见表2和图4，其规律同表1和图3，不再重述。

表2 柱脚为固接时，不同线刚度比

3.2 结果分析

根据表1，表2的数值模拟结果与理论值的比较可知：柱的计算长度系数μ计算机模拟值与理论值基本吻合，误差不超过0.45%，且与柱脚的约束情况无关，随着梁柱线刚度比的减小，其误差也越来越小。

[1] 王倩颖，韩志军，张善元.两种约束条件下平面门式刚架的屈曲分析[J].科学技术与工程，2008，8(20):5540-5543.

[2] 王倩颖，韩志军，张善元，等.平面门式刚架静力屈曲的仿真分析[J].工业建筑，2009(S1)：52-53.

[3] 杨卫奇.弹性圆柱壳轴向冲击屈曲数值模拟[J].科技风，2009(23)：246.

The computer simulation of portal rigid frame static buckling

Yang Weiqi

(SichuanConstructionVocationalandTechnicalCollege,Deyang618000,China)

This paper made linear static buckling simulation to portal rigid frame steel structure using ANSYS finite element analysis software, given first-order static buckling mode, buckling load, the calculation length coefficient of column of a time frame, analyzed the relationship between column calculation length coefficient computer simulation value with the theoretical value, provided basis for the research on similar problems.

portal rigid frame, first-order static buckling, length factor, simulation

1009-6825(2015)32-0054-02

2015-09-02

杨卫奇(1981- )，男，硕士，助教

TU311

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