矩形孔蜂窝梁挠度有限元分析.pdfVIP

低 温 建 筑 技 术 2015年第9期 (总第207期) DOI：10．13905／j．cnki．dwjz．2015．09．032 矩形孔蜂窝梁挠度有限元分析 王 衡 (大连理工大学建设工程学部。 辽宁 ．大连 116023) 【摘 要】 本文利用壳单元对矩形孔蜂窝梁建模，计算其弹性阶段下挠度值；利用控制变量法，分别计算孑L 高比、长高比、距高比不同时的矩形孔蜂窝梁挠摩，并与当量实腹梁比较，提出了挠度增大系数公式，简单且实用， 可为工程设计提供参考。 【关键词】矩形孔蜂窝梁；有限元；挠度；增大系数 【中圈分类号】TU311．41 【文献标识码】B 【文章编号】 1001—6864(2015)09—0086—03 蜂窝梁是在腹板上有规律地开孑L而制成的一种 为 s，蜂窝梁截面高度为h，梁长为 l，根据国内外学者 新型钢结构构件，已经逐步适用于各类建筑 中。目 研究，影响蜂窝梁受力性能的主要因素包括孔高比 前，蜂窝梁主要开孑L形式包括正方形孔、矩形孔、正六 h、长高比a／h、距高比s／h。 边形孔、正八边形孑L、圆形孔 、椭圆形孔等…，由于工 程需要，同一根粱上开孔也不一定完全相同。随着生 产加工技术的改进 ，蜂窝梁主要有两种制作方式：一 是先对工字型钢或H型钢进行切割，然后错位焊接而 成 ；二是直接在型钢腹板上进行开孔而成。错位焊 接法制成的蜂窝梁提高了梁截面高度 ，因而增加了截 面惯性矩，提高了承载能力，该方法在最开始得到广 、 图1矩形孔蜂窝梁示意图 泛应用。然而，焊接带来了许多不确定 因素的影响， 如焊接残余应力、气泡等，大大影响了蜂窝梁的质量。 2 有限元模型建立 直接成孔法制成的蜂窝梁，与当量实腹梁比较，在相 2．1 单元选择 同的承载力下，蜂窝梁节省了大量钢材，从而降低了 蜂窝梁一般选择工字钢或 H型钢作为原材，为与 工程造价。直接成孔法避免了焊接带来的影响，保证 工程实际相适应，本文选择I10工字钢 ，在腹板上开矩 了蜂窝梁的质量，并且随着切割技术的精湛，该方法 形孔制成蜂窝梁。ANSYS软件提供 了多种单元用于 在现代社会得到大量应用O另外 ，相对于实腹梁，由 建模分析 ，根据工字钢翼缘和腹板相对于宽和高较薄 于蜂窝梁腹板进行了开孔，管道等设备就可以从孔 中 的特性，选择壳单元shell93 建模计算。本文主要研 穿过，有效利用 了建筑空间，这也扩大 了蜂窝梁的应 究蜂窝梁弹性阶段的挠度，为小变形，利用壳单元分 用范围。 析时可避免发生局部失稳。 随着蜂窝梁的广泛应用，国内外对蜂窝梁进行了 2．2 网格划分及边界条件 研究。国外对蜂窝梁的研究较早，英国、前苏联、Et本 网格划分是建模的重要环节，通常认为，网格划 在一些设计规范 中就列入 了关于蜂窝梁计算 的内 分越密，计算结果越精确。然而，网格划分越密，计算 容 。然而，国内对蜂窝梁的研究较晚。虽然近些年 时间越长，计算效率就越低。通过试算分析，选择网 有很多学者对蜂窝梁进行了研究，但尚未在发行 的规 格划分精度为5mm时，可以达到较为理想的效果。本 范或标准中明确提出蜂窝梁的设计条文，这大大阻碍 文选择筒支蜂窝梁进行计算，故在梁的两端进行铰接 了蜂窝梁的工程应用。所以，本文对矩形孔蜂窝梁的 约束，即在蜂窝梁两端下翼缘约束三个方向的平动。 挠度进行了研究，分析了不同参数对挠度的影响，为 2．3 参数确定 工程设计提供参