钢结构的有限元分析报告
大型钢结构整体提升过程的有限元分析
主要由8榀管桁架组成，管桁架两端支座为抗震球铰支座，支座安装标高为+23.29m。
管最重的管桁架单重达45.4吨。
如采用大型起重机械进行单榀桁架吊装方案，起重机械设备需在顶板上进行吊装作业，顶板承载能力无法满足要求，则需要投入大量的地下室顶板加固费用。
如采用搭设满堂则施工周期长、成本高和安全风险“地面原位拼装、整体提升”的施工工艺。
将屋面钢结构在安装位置正下方的地下室顶板上拼装成整体后，利用“液压同步提升技术”，将其提升到位。
提升过程中结构受力采用有限元软件MIDAS/Gen全过程仿真计算，同步提升通过计算机控制实现，有效保障施工安全，并将大大降低施工难度。
1提升方案设计1.1提升吊点布置屋面钢结构在其投影面正下方的地下室顶板上拼装为整体，根据其结构左右对称的特点并通过软件分析优化，最终确定在两侧面各布置五个吊点（见图2）。
在钢柱湖北武穴人，工程师，研究方向为图1进站大厅立面25.650#1展厅20.900（结）24.2505100025.650#2展厅20.900（结）-0.800-0.200进站大厅-0.200-0.80090009000900084002520084009000900090001-151-161-171-181-191-201-212-12-22-3杆设置提升平台，布置上吊点（见图3）。
在与上吊点对应的管桁架下弦杆件上安装提升下吊点（见图4），上、下吊点间通过专用底锚和专用钢绞线连接。
1.2提升平台设计同步提升方案提升前，检查提升单元和所有临时措施是否满足施工方案和图纸设计要求。
确认无误后以计算机仿真计算的各提升吊点反力值为依据，对提升单元进行分级加载（试提各吊点处的液压提升系统伸缸压力分级增加，依次为40%、60%、70%、80%。
再次检查各部分无异常的情况可继续加载到90%、95%、100%，直至提升单元全部脱离拼装胎架。
提升单元离开拼装胎架约150mm 后，利用液压提升系统设备锁定，空中停留12小时做静载试验，点结构、承重体系和提升设备等做全面检查，各项检查正常无异常，再进行正式提升。
浅谈某树形钢结构节点有限元分析
浅谈某树形钢结构节点有限元分析摘要：某驿站结构形式新颖，梁柱节点处采用树形节点，截面种类多，受力复杂，需要对复杂节点进行有限元分析，确定节点区域的薄弱部位，为节点构造做法提供依据。
运用软件MIDAS FEA NX对其中的一个树形节点进行线性静力分析，由于树形节点相贯线处的受力情况复杂，采用增加加劲板等措施，计算对比结果表明所采取的措施能够有效缓解树形节点应力，对节点有一定的加固作用，荷载设计值下节点应力满足规范要求。
关键词：树形结构钢节点有限元分析Design of tree shaped steel joint of a post station structureAbstract:the structure of a post station is novel, and the beam column joints are tree joints. There are many types of cross sections and complex forces, so it is necessary to determine its bearing capacity by finite element analysis. The software MIDAS FEA NX is used to carry out linear static analysis on one of the tree nodes. Since the stress situation at the intersection line of the tree node is complex, measures such as adding stiffening plates are adopted. The calculation and comparison results show that the measures taken can effectively relieve the stress of the tree node, have a certain reinforcement effect on the node, and the node stress under the load design value meets the specification requirements.Key words:tree structuresteel nodefinite element analysis1 前言随着钢结构产业在我国的大力发展，钢结构灵活的连接形式和高效的施工速度在跨度大、施工复杂，各种各样的钢结构形式不断地推陈出新，树形结构就是其中的代表，因其外形美观，传力明确而得到广泛应用。
水平荷载作用下多层轻钢结构墙体有限元分析
混合结 构体 系 ｊ 。如 图 １ 所示 。 殊 的楼 盖和墙 体结 构 、 筑保 温 节 能技 术 以及建 筑 建
的防火 和隔声 技术 ¨ 。
美 国轻 钢 结 构 住 宅体 系 的楼 盖 系 统 由由 Ｃ型 的轻钢搁 栅 与铺 于搁 栅 上 的 薄板 组 成 。搁 栅 一 般 跨度 ３ ６瑚— ． ２ 搁 栅 高为 ２ ４／ ／（ ． ８／， ＂ ／ ５ ７＇ 搁栅 的最 大 ／ ／ ／
体与多层轻钢墙体进行 了对 比分析 ， 出了二者在水平荷 载作 用下的受力性 能。 得 关键词 多层轻钢结构 中图法分类号 Ｔ ３ １ １ Ｕ １． ； 墙体 有限元 文献标志码 Ａ
在我 国 ， 轻钢建 筑结 构体 系主要用 于 ２ 层 的 低层住 宅 、 墅 和 一 些 简 易 的 临 时 性 建 筑 。然 而 ， 别 我 国人 口众 多 ， 均 占有 的 土 地 资 源 较 少 ， 造低 人 建
图 １ 一 种 新 型 的 多 层 轻 钢结 构建 筑
柱 上端为 ｕ形开 口向下 的顶槽 梁 ， 搁栅 固定 于上 槽
２１ ０ ０年 ７月 ２ ｔ 到 ３Ｅ收
普 通 的轻 钢 结构 主要 是 通 过 由 ｃ型墙 架 柱 、 Ｕ
型 的上 下导 轨 梁 和蒙 皮 板 组 成 的墙 体 为 主要 的受 力构 件 。新 型 的多 层 轻 钢 结 构 最 大 的不 同之 处
住 宅 向多层发 展 ， 层 的 多层住 宅 在我 国很 多 中 ４ 小城 镇有 巨大 的市 场 潜 力 。利 用 轻 钢结 构 的 优 势 发 展多层轻 钢结 构体 系符合 我 国的国情 。
采用 带 十字交叉 支 撑 的普 钢 框 架作 为 抗 侧 力结 构 ，
门式刚架轻型钢结构有限元分析
真。Ａ
各类不同构件的迅速搭建，在后处理中对门式刚架结构不同组成构
件的力学性能参数有较全面的体现。
４．２ 综上可见，梁柱结构承受了绝大多数屋面载荷，根据其受
力图可明显看出梁柱的连接形式。由檩条弯矩可以发现，屋面檩条
弯矩很小，原因是结构计算时已直接将荷载转换到刚架上，同时也
·１５４·
工程科技
门式刚架轻型钢结构有限元分析
罗东 （贵州大学 土木工程学院，贵州 贵阳 550005）
摘 要：本文用 ANSYS 分析变截面门式刚架空间非线性工作特性进行计算分析，主要包含静力分析、模态分析。
关键词：门式钢架；静力分析；模态分析
１ 概述 单层工业厂房中广泛采
表 １ 单层厂房钢结构各构件名称、功能及常见形式
点。柱脚节点可由实际确定，本文对两种连接进行了分析。（３）梁柱
及其他钢结构构件均假定为理想弹性材料，符合胡克定律，同时不
考虑钢板的蒙皮效应（图 １）。
３．２ 静力分析
在考虑自重应力场的情况下，模拟静载作用下（屋面结构自重、
积雪等）的变形（图 ２－３）。 ３．３ 模态分析 对于地震时程分析由于时间关系，和所学尚浅，现阶段无法对
其进行分析（表 ２）。 ４ 结论
[1]王呼佳,陈洪军.ANSYS 工程分析进阶实例[M].北京:中国水利水电 出版社出版社,2006. [2]赵晓光,魏志卿.门式刚架轻型钢结构 ANSYS 分析[J].国外建材科 技,2008,29:131-134.
４．１ 利用 ＡＮＳＹＳ 可以实现门式刚架型钢结构厂房的三维仿
２ 问题描述
实际工程中的门式刚架
由 于 钢 构 件 本 身 比 较 软 ，跨
度较大，因此挠度变形偏大，
结构有一定的几何非线性。
钢结构有限元分析及其振动稳定性研究
钢结构有限元分析及其振动稳定性研究一、引言随着经济的不断发展，越来越多的建筑采用钢结构，因其具有轻量化、强度高、施工快等优点。
然而，钢结构在运行过程中会受到各种载荷的作用，如地震、风荷载等，这些作用会导致结构发生变形、振动、破坏等问题。
因此，了解钢结构的有限元分析方法及其振动稳定性是建筑设计、结构分析等领域的重要研究方向。
本文将介绍钢结构的有限元分析方法及其振动稳定性研究进展。
二、钢结构有限元分析有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种广泛应用于各种工程领域的分析方法。
它将复杂的结构分为有限数量的小元素，然后利用微积分的方法求解每个小元素的行为，最后通过计算机模拟得出整个结构的力学行为。
具体来说，钢结构的有限元分析可以分为以下几个步骤：1、建模：将结构分为小元素，指定边界条件（如支座、荷载等），生成网格模型。
2、材料属性：指定结构材料的性质，如弹性模量、泊松比、密度等。
3、加载：通过加载外力，如重力、风荷载、地震等载荷，对结构进行求解。
4、求解：利用有限元方法求解每个小元素的位移、应变、应力等力学参数。
5、结果分析：对求解的结果进行分析，如结构的刚度、变形、应力等。
三、钢结构振动稳定性研究当钢结构受到一定载荷时，其会发生振动，并产生共振现象。
共振现象会使结构受到更严重的损伤，进而导致其破坏。
因此，钢结构振动稳定性的研究是十分重要的。
1、振动特性分析钢结构振动特性主要包括固有频率、固有振型、振动模态等。
其中，固有频率是指在没有其他力作用时，结构自然发生振动的频率；固有振型是指在固有频率下，结构的振动形态；振动模态是指结构以不同固有频率发生振动的状态。
通过有限元建模，可以可靠地预测结构的振动特性。
利用仿真技术，可以对结构在不同载荷下的振动特性进行分析，从而为结构设计和改进提供依据。
2、振动稳定性分析当结构发生振动时，就要考虑其振动稳定性。
在某些条件下，结构振动会变得不稳定，导致结构失稳。
钢结构有限元分析
摘要本文主要对某煤矿地面生产系统，一次破碎站钢结构进行有限元分析。
破碎站由受料仓与给料机和破碎平台与控制室两部分组成。
对两部分的钢结构分别进行有限元分析。
在结果中找到危险的部位进行具体的分析。
首先，建立受料仓与给料机的有限元实体模型。
计算等效的载荷，计算出钢结构在载荷下的应力和变形并分析它们的分布情况。
其次，破碎平台与控制室求解过程和上边的一样，但是破碎平台和控制室的连接是铰接，所以在建模的过程中采用耦合的方法进行处理。
最后，对两个有限元实体模型进行模态分析，分别求解出固有频率和模态振型图。
关键词有限元；钢结构；模态分析ABSTRACTThis dissertation mainly to an open coalmine ground production system, one broken to stand steel construction finite element analysis. Store -give material machine and broken platform- control room two parts make up the crush station. Finite element analysis to the steel construction of two parts comparatively. Find the dangerous part to carry on concrete analysis of the result.First of all, set up the finite element of Store -give material machine’s entity mo del. Calculate the equivalent load; solve out the stress and strain of the steel construction under the load and analysis their distribution situation.The next place, the course of solving is the same as above. But the connections of the broken platform and control room are the hinged joint, so deal with by coupling in the course of modeling.Finally, carry on mode analysis to two finite element entity models; it is solve the intrinsic frequencies and mode picture of shaking, respectively.Keyword finite element；steel construction；mode analysis目录中文摘要 (Ⅰ)英文摘要 (Ⅱ)1 前言 (1)1.1有限元分析方法介绍 (1)1.2大型有限元分析软件ANSYS介绍 (2)1.3主要工作 (3)2 受料仓与给料机的钢结构有限元分析 (4)2.1建立有限元模型 (4)2.2载荷等效计算 (6)2.2.1主要结构截面几何参数 (6)2.2.2实际载荷情况 (7)2.2.3实际等效计算结果 (7)2.3有限元分析结果 (10)2.3.1受料仓与给料机整体位移 (10)2.3.2分析部位图 (12)2.3.3支撑立柱结果 (13)2.2.4两根纵梁结果 (17)3 破碎平台与控制室的钢结构有限元分析 (19)3.1建立有限元模型 (19)3.2载荷等效计算 (22)3.2.1主要结构截面几何参数 (22)3.2.2破碎平台实际载荷情况 (23)3.2.3破碎平台实际等效计算结果 (24)3.3有限元分析结果 (26)3.3.1破碎平台与控制室整体位移 (26)3.3.2顶层横梁结果 (27)3.2.3破碎机支撑梁结果 (26)3.2.4破碎机立柱结果 (29)4 破碎站钢结构模态分析 (31)4.1受料仓与给料机的固有频率和振型图 (31)4.2破碎平台与控制室的固有频率和振型图 (32)参考文献 (35)致谢 (36)英文资料原文英文资料翻译1 前言1.1有限元分析方法介绍有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
门式刚架轻型钢结构有限元分析
ＺＨｌＯ 口 一 口 ｚ ＿ Ａ Ｘ 。 ｇ ， ｇ， 厂 Ｅ，Ｚ７ － ｇ ｌｑ
（ ｕ【ｙＩｓ ｉ ｅ ａｔ ｎ ｆ ｏ ｓ ｕｔ Ｅ ｇｎｅｉ Ｑ ａｉ ｐ ０ Ｄ ｐｒｍｅｔ ｎ廿 ｃ ｎｉｅｒ ｇ证 Ｘ ｃ ａｇ ｕｃ ａｇ４ １ ｏ ， ｈｎ） ｔ ｎ嘣 ｎ ｏＣ ｎ ｕｈｎ ，ｘ ｈｎ ６Ｏ ０ Ｃ ｉａ
分析软件 不 断涌现 。而大 型的有 限元通用分 析软件 ＡＮ ＹＳ 则 由于其 全 面 的前 处理 建 模 功 能 ， 大 Ｓ Ｈ 强
的分析运算 能力 几 乎 能 够对 目前所 有 特殊 、 复杂 的 建筑结构 进 行 各 种 藕 合 外 加 荷 载 作 用 下 的 结构 分 析 。对某 类 空 间 门 式 刚 架 厂 房 结 构 进 行 了计 算 分
檩 条 墙 架 梁 密 度 梁 柱 密 度 斜 撑泊松 比
第２ ９卷
数 值
第 ６期
２． １× １ ｎ Ｏ ７８ ０ Ｏ
７８ Ｏ０ ０． ３ ２． １× １ ０¨ Ｏ． ３ １ ０Ｏ ４
檩 条 墙 架 梁 弹性 模 量
斜 撑 初 始 应 变
实 际工程 中的 门式 刚 架 由于跨 度 都 比较 大 ， 且 钢构 件本身 比较软 ， 因此往往 出现挠 度变形偏 大 ， 结 构有 一定 的几何 非线性 。现 有 的门式刚架计算 模型
主要 是平面 模型 ， 很少 考虑空 间模 型 ， 更没有讨 论变 截面 门式 刚架 。
通常轻 型钢 结构 厂房典 型构 成名称及 功能如表
间 ， 构的 自重 较轻 ， 于制作 、 输 和安装 。 结 便 运
。
．
’
随着计 算 机 技术 的不 断 发展 ， 进 的结 构设 计 先
沧州体育场钢结构屋盖铸钢节点有限元分析
ｂ
沧州体育场钢结 构屋盖 为钢桁架 结构 ， 建筑造 型
昏
ａ － ＺＧＪ １ ． ｂ ＺＧＪ 一 ２； ｃ ＺＧＪ ３； ｄ－ －Ｚ ＧＪ 一 ４
ｅ － ＺＧＪ 一 ５ ； ｆ Ｚ Ｇ］６； ｇ — ＺＧＪ 一 ７； ｈ－ －Ｚ Ｇ］８
如同多个花瓣连接在一起（ 图１ ） 。结构分为主桁架 、 次 桁架 、 联 系 杆件 等。 由于相交 杆 件较 多 ， 节 点极 为 复
杂， 本工程所用节点为铸钢节点。为保证节点安全适
注： 图 中数 字 为 杆 件 编号 。
图２ ８种 铸 钢 节 点形 式
作 图 １ 沧州 体 育 场 钢 结 构 屋盖 模 型
者： 李潇潇 ， 女， １ ９ ８ ２ 年 出生 ， 五 级 专 利 审查 员 。
Ｅｍａ ｉ ｌ ： ５ ２３ ６ ２ ８ ４ ９ ８ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｍ
Hale Waihona Puke Ｌ Ｘｉ ＯＯＸｉ Ｏ０
（ Ｉ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｅｘａ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，
Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ Ｏｆ ｆ ｉ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｐ ｅ ｏ ｐ ｌ ｅ ’ ｓ Ｒｅ ｐ ｕ ｂ ｌ ｉ ｃ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ ８ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
种 典 型 铸 钢 节 点 形 式 进 行 非 线 性有 限元 分析 。分 析 结 果 表 明 ： 该 系列 节 点 形 式 在 不 利 工 况 组 舍 下合 理 可 行 ， 各节 点在 有 限 元 分 析 下 节 点 应 力 均 处 于 屈服 强度 范 围 内 。 关键词 ： 钢 结构； 铸钢节点； 有 限 元 分 析
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2 受料仓与给料机的钢结构有限元分析
2.1建立有限元模型
如图2.1破碎站主视图和图2.2破碎机布置图，它的工作过程是：卸料卡车间歇把最大入料粒度为1500mm的煤块倒入受料仓，受料仓存储大粒度煤块。
刮板给料机把受料仓的大粒度的煤块连续的刮给破碎平台的破碎机。
破碎机把最大入料粒度为1500mm的煤块破碎成最大排料粒度为300mm的煤块，煤块由底部的传送带传出。
图2.1 破碎站主视图
图2.2 破碎机布置图
破碎站钢结构的弹性模量E＝200000MPa，泊松比，质量密度
×10-3kg/cm3。
破碎站由支撑件型钢和斜支撑角钢组成。
在结构离散化时，由于角钢和其它部位铰接，铰接是具有相同的线位移，而其角位移不同。
承受轴向力，不承受在其它方向的弯矩，相当于二力杆，所以型钢用梁单元模拟，角钢用杆单元模拟。
破碎站是由受料仓与给料机和破碎平台与控制室两部分组成，故计算时是分别对这两部分进行的。
离散后，受料仓和给料机共个单元，其中梁单元个，杆单元个，节点总数为个，有限元模型如图和图所示。
图2.3 受料仓与给料机有限元模型
图2.4 受料仓与给料机有限元模型俯视图
2.2载荷等效计算
2.2.1主要结构截面几何参数
破碎站主要结构采用H型钢梁，截面尺寸如图2.5所示，各截面横截面积A，截面惯性矩I y，I z和极惯性矩I如下。
图2.5 截面尺寸
料仓及给料机支撑结构
料仓及给料机六根支撑立柱(H500×400×12×20)
A= 215.2mm2，I y＝101947×104mm4，I z＝21340×104mm4，I＝240×104mm4料仓B－B面横梁和给料机E－E、F－F面横梁(H400×300×12×20)
A=16320mm2，I y＝48026×104mm4，I z＝9005×104mm4，I＝181×104mm4料仓C－C面和D－D面横梁(H400×400×12×20)
A=20320mm2，I y＝62479×104mm4，I z＝21339×104mm4，I＝234×104mm4给料机两根纵梁(H550×400×12×20)
A=22120mm2，I y＝125678×104mm4，I z＝21341×104mm4，I＝243×104mm4给料机六根横梁(H400×400×12×20)
A=20320mm2，I y＝62479×104mm4，I z＝21339×104mm4，I＝234×104mm4其它横梁(H400×300×12×20)
A=16320mm2，I y＝48026×104mm4，I z＝9005×104mm4，I＝181×104mm4
斜支撑的横截面积
∠125×12：A＝2856mm2
∠75×6：A＝864mm2
2.2.1实际载荷情况
给料机自
重载荷：
65000kg
相对应立柱梁单元局部坐标z轴的弯矩如图2.18所示，最大弯矩位于B－B面中风载作用面的立柱，底部最大弯矩0.126×108N·mm，在B－B面拉筋连结点处弯矩数值为-0.196×108N·mm，D－D面第一根水平横梁处弯矩为0.25563×108N·mm，
图2.18 局部坐标z轴的弯矩图
对应的应力如图2.19所示，B－B面中风载作用面立柱底部应力为19.625MPa，底部连结点处应力为30.605MPa，D－D面第一根水平横梁处应力为24.024MPa。
图2.19 局部坐标z轴的弯曲应力图
2.2.3两根纵梁结果
两根纵梁轴向力如图2.20，可见两根纵梁轴向应力很小，最大轴向力192337N，位于F面和纵梁与斜支撑的接触之间。
这里的变形也是最大的。
轴的方向与大部分的载荷方向近似垂直。
在斜支撑与纵梁连接到纵梁的前端只承受弯矩，不承受轴向力。
图2.20 两根纵梁轴向力图
两根纵梁轴向应力如图2.21所示，可见两根纵梁轴向应力很小，最大轴向应力 ＝13.066MPa，位于F面和纵梁前端之间。
图2.21 两根纵梁轴向应力图
相对于纵梁梁单元局部坐标y轴的弯矩如图2.22所示，其最小弯矩M y＝-0.176×109N·mm，位于斜支撑与纵梁连接处，这里的弯矩最大驱动扭矩作用在悬臂梁顶端。
图2.22 局部坐标y轴的弯矩图
对应的应力如图2.23所示，最小应力 ＝-97.755MPa，位于F－F面处，。
图2.23 局部坐标y轴的弯曲应力图
相对于纵梁梁单元局部坐标Z轴的弯矩如图2.24所示，其最大弯矩M z＝0.174×108N·mm，这里是承受给料机尾部受仓压载荷，位置是纵梁和C_C截面相连接。
图2.24 局部坐标Z轴的弯矩图
对应的应力如图2.25所示，最小应力 ＝-47.911MPa。
位于C－C面处。
图2.25 局部坐标Z轴的弯曲应力图。