二层无比钢结构体系有限元动力模态分析
复合材料用有限元分析
复合材料用有限元分析引言复合材料是由不同类型的材料组合而成的，具有优异的力学性能和轻质化的特点，在航空航天、汽车工程、建筑结构等领域得到广泛应用。
有限元分析是一种常用的工程分析方法，可用于预测复合材料结构在受力过程中的应力和变形情况。
本文将介绍复合材料用有限元分析的基本原理、建模过程、分析方法和结果解读。
有限元分析基本原理有限元分析基于有限元法，将复杂的结构分割成许多简单的单元，再利用数学方法求解这些单元的力学行为，最终得出整个结构的应力和变形情况。
复合材料的有限元分析一般采用3D固体单元或板单元，考虑复合材料的各向异性和层合板的分层结构。
有限元分析的基本原理可以总结为以下几个步骤：1.确定有限元模型：–根据复合材料结构的几何形状和材料性质，选择适当的有限元单元类型。
–确定网格划分方案，将结构划分为单元网格。
–确定边界条件和加载方式，包括约束条件和外部加载。
2.确定单元性质：–根据复合材料的材料力学性质，将其转化为有限元单元的材料刚度矩阵。
–考虑各向异性和分层结构，将材料刚度矩阵进行相应的转换。
3.确定单元相互连接关系：–根据结构的几何体系，确定单元之间的连接关系，包括单元之间的约束和边界条件。
4.求解方程组：–根据单元的刚度矩阵和边界条件，建立整个结构的刚度矩阵。
–考虑加载情况，求解结构的位移和应力。
5.结果后处理：–分析结构的应力和变形分布，评估结构的安全性和性能。
–对结果进行解读和优化。
复合材料有限元分析的建模过程复合材料的有限元分析建模过程与传统材料的有限元分析类似，但在材料性质和单元连接方面存在一些特殊性。
下面是复合材料有限元分析的建模过程的简要步骤：1.几何建模：–根据实际结构的几何形状，利用建模软件（如Solidworks或CATIA）进行3D建模。
–根据复合材料的分层结构，将各层材料的几何形状分别绘制。
2.材料定义：–根据复合材料的材料属性，定义合适的材料模型和参数。
–考虑复合材料的各向异性和分层结构，定义材料的力学参数。
基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析共3篇
基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析共3篇基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析1基于ANSYS的高层钢结构抗震及稳定性分析随着城市化进程的不断加快，建筑高度和层数不断增加，高层建筑的结构安全问题越来越受到人们的关注。
而地震是高层建筑结构安全的关键因素之一，抗震设计成为高层建筑结构设计的重点之一。
而对于钢结构而言，钢材的高强度、可塑性好、适应性强等特点，使得钢结构成为高层建筑结构的重要选择。
本文将以基于ANSYS的高层钢结构为对象，探讨其抗震及稳定性分析。
1. 建立高层钢结构有限元模型在进行高层钢结构的抗震及稳定性分析前，需要先通过ANSYS 等有限元软件建立高层钢结构的有限元模型。
建立模型需要考虑高层钢结构的结构特点和工程实际情况，确定结构参数、节点分布及约束情况。
2. 高层钢结构抗震分析地震对高层建筑结构的影响主要体现在地震作用下建筑结构内部产生的地震应力和滞回曲线等。
因此，在进行高层钢结构的抗震分析时，需要考虑其受到的地震作用，分析结构内力和变形等参数。
首先，需要进行地震作用下钢结构模型的动力特性分析。
在这一步中，可以使用ANSYS中的模态分析功能，以得到结构在不同模态下的自然频率和振型。
其次，根据钢结构在地震作用下的动力特性，进行地震反应谱法抗力设计。
地震反应谱是描述结构在不同频率下受到地震作用时的反应的一种方法，可以分析结构受到的地震作用下的最大位移、加速度和力等参数。
对于高层钢结构，可以通过ANSYS中的响应谱分析功能进行计算。
最后，通过引入钢结构弹塑性性能纳入分析中，能够更加精准地分析高层钢结构在地震作用下的受力性能。
3. 高层钢结构稳定性分析高层钢结构的稳定性是结构设计或构件设计中必须考虑的重要问题。
高层钢结构结构体系复杂，其极限状态的稳定性较低。
在进行高层钢结构的稳定性分析时，需对结构进行屈曲分析，以了解梁和柱在地震作用下的稳定性。
在进行屈曲分析时，需要先得到高层钢结构构件的稳定系数。
某钢结构螺旋楼梯的结构分析
36.98 33.52 30.26 26.90 23.53 20.17 16.81 13.45 10.09 6.72 3.36 0.00
图 4 标准组合下旋转楼梯竖向位移（单位：mm）
应。因此，结构设计时不应忽略两侧梯梁扭转对中间踏步板 的影响，踏步板应采取相应的构造加强措施（如增加底部封 板和增加板下加劲肋等），从而防止踏步板产生应力集中现 象，最终导致变形过大产生破坏。
2.3 舒适度分析
由于钢结构螺旋楼梯空间受力复杂，结构刚度较小，且 结构第一竖向自振频率与人日常活动的步行频率较为接近。 在人行走荷载作用下，钢结构螺旋楼梯较容易产生共振现 象，轻则导致使用人员产生不舒适感，重则给结构带来安全 隐患，从而影响结构的安全使用。由此可见，对钢结构螺旋 楼梯来说，不仅需要验算结构强度、变形这两个方面是否满 足相关规范要求，对其进行行走激励荷载作用下的舒适度分 析也是不可缺少。
（高度）×8mm（厚度）。材质除梯梁采用 Q355B 钢材外，其余
感，其优美的曲线形态使建筑空间更轻松、活泼，因此被广 泛应用于图书馆、医院、酒店、剧场等公共建筑中 [1]。但钢
均为 Q235B 钢材。钢材弹性模量为 2.06×105MPa。钢结构螺旋
楼梯平面如图 1 所示。
结构螺旋楼梯结构空间受力较为复杂，承受弯剪扭和轴力共
为方便建模分析，钢结构螺旋楼梯一般简化为梁板模型 计算。利用 Midas Gen 结构有限元软件对螺旋楼梯建模进行 整体分析，箱型截面梯梁采用梁单元模拟，踏步板采用板单 元模拟。考虑楼梯自重和建筑面层做法，楼梯恒载可取值为 1.5 kN/m2，梯板活荷载取值为 3.5 kN/m2，旋转楼梯栏杆线荷
汽车车架的动力学分析--模态分析
图1-3 一阶弯曲
图1-4 二阶弯曲
图1-5 二阶扭转
图1-6 三阶弯曲
图1-7 前端局部模态
图1-8 弯扭组合
4.3汽车模态分析结果的评价指标
工程结构要具有与使用环境相适应的动力学特性。一辆汽车结构优劣的基本着眼点是在弯曲和扭转方面总的动态性能。如果汽车结构动力学特性不能与其使用环境相适应，即结构模态与激励频率藕合，或汽车子结构之间有模态藕合，都会使汽车产生共振，严重时会使整个汽车发生抖振，车内噪声过大，局部产生疲劳破坏等[5]。模态分析是计算结构的固有频率及其相应振型。结构的固有频率是评价结构动态性能的主要参数，当结构固有频率和工作频率一致时，就会发生共振现象，产生较大的振幅，大大降低寿命。固有振型是发生共振现象时结构的振动形式。
[6]黄华，茹丽妙.重型运输车车架的动力学分析[J].车辆与动力技术，2001.6
6参考文献
[1]余志生.汽车理论[M].北京:清华大学出版社, 1989
[2]丁丽娟.数值计算方法[M].北京:北京理工大学出版社, 1997
[3]王勖成，邵敏．有限元基本原理和数值方法[M]．北京：清华大学出版社．1997
[4]傅志方，华宏星.模态分析理论与应用，上海交通大学出版社，2000
[5]《汽车工程设计》编辑委员会.汽车工程手册.试验篇.北京:人民交通出版社.2001.6
4车架模态计算与结果分析
4.1模态分析步骤
对车架进行模态分析主要有以下步骤:
(l)在Pro/E中建立车架的三维模型。
(2)施加边界条件和载荷(对于自由模态不施加约束条件)，定义分析类型和求解方法并进行网格划分、提交求解器求解。
(3)提取结果，进行可视化处理，对结束进行分析。
机械工程中的模态分析方法
机械工程中的模态分析方法在机械工程领域，模态分析是一种重要的工具，用于研究和评估机械系统或结构的动力特性。
通过模态分析，工程师可以了解结构的固有振动频率、振型及其相关参数，从而对系统进行设计、改进和优化。
一、模态分析的基本原理模态分析基于结构的自由振动特性。
当结构受到外界激励或内部失稳因素影响时，会出现自由振动。
模态分析通过对这种振动进行精确测量和分析，得到结构的模态参数。
在模态分析中，最关键的一步是确定结构的固有频率和相应的振型。
固有频率是结构在自由振动时所表现出的振动频率，它与结构的刚度密切相关。
振型则描述了结构在不同固有频率下的变形形态，是结构动态响应的关键指标。
二、模态分析的常用方法1.加速度法加速度法是最常用的模态分析方法之一。
它基于物体的加速度与力的关系，通过测量结构上的加速度响应来推导出结构的模态参数。
具体操作中，可以通过加速度传感器将结构上的振动信号采集下来，再使用信号处理算法对信号进行分析。
2.激励-响应法激励-响应法是另一种常见的模态分析方法。
该方法将结构受到的激励信号与结构的振动响应进行对比，从而得到结构的模态参数。
激励信号可以是一个冲击物、一次瞬态激励或周期性激励。
3.频率域方法频率域方法是一种基于结构在频域内的特性进行模态分析的方法。
它以傅里叶变换为基础，将结构的时域信号转化为频域信号，进而得到结构的固有频率和振型。
频率域方法具有计算效率高、信号处理简易等优点。
4.有限元法有限元法是一种数值方法，常用于模态分析中的结构模态分析。
该方法将结构分解为多个小单元，利用有限元理论和方法对结构进行数值模拟。
通过进行有限元分析和计算，可以得到结构的固有频率和振型。
三、模态分析的应用领域模态分析在机械工程领域中具有广泛的应用。
它可以帮助工程师了解和评估结构的动力特性，发现结构的固有频率、共振点和脆弱部位，从而进行系统的设计和优化。
模态分析在航空航天领域中有着重要的应用。
通过对飞机、火箭等结构进行模态分析，可以评估其动态特性和共振情况，保证飞行安全性和运行可靠性。
钢结构框架的建模与仿真技术
钢结构框架的建模与仿真技术随着建筑工程的不断发展，钢结构框架已经成为现代建筑中的重要组成部分。
钢结构具有优良的抗震性能、可持续发展性以及施工速度快等优势，因此在高层建筑、大跨度建筑以及特殊用途建筑中得到了广泛应用。
在钢结构框架的设计和施工过程中，建模与仿真技术发挥着重要的作用，能够提高工程的质量和效益。
本文将详细介绍钢结构框架的建模与仿真技术，分析其应用场景以及未来发展趋势。
一、建模技术建模是钢结构框架设计的重要环节，通过建模可以准确地表示和描述结构的各个组成部分，为工程的分析和设计提供依据。
钢结构框架的建模技术包括几何建模和力学建模两个方面。
1. 几何建模几何建模是指在计算机系统中对钢结构框架进行图形化表示的过程。
在几何建模中，常用的方法有手工建模和软件辅助建模。
手工建模是根据设计图纸和规范要求进行手工绘制，适用于简单结构和小规模项目。
软件辅助建模则利用计算机软件进行自动化建模，能够更准确、更高效地完成建模过程。
目前常用的几何建模软件有AutoCAD、Revit 等。
2. 力学建模力学建模是指利用物理学原理对钢结构框架进行建模和分析的过程。
钢结构框架的力学建模可以采用两种方法，即离散模型和连续模型。
离散模型是将结构离散成多个节点，通过节点之间的连接关系和受力关系来描述整个结构的力学行为。
连续模型则是将结构看作连续的弹性体，通过有限元方法对结构进行离散求解。
力学建模要考虑结构的受力性能、破坏机理以及变形特性等因素，能够对不同工况下的结构进行分析和设计。
二、仿真技术仿真技术是对钢结构框架进行虚拟试验和性能评估的过程，可以模拟结构在不同工况下的力学行为和响应。
通过仿真技术，可以预测结构的安全性、可靠性和稳定性，为结构设计和施工提供科学依据。
1. 静力仿真静力仿真是针对结构在静态荷载作用下的力学行为进行模拟和分析。
通过静力仿真，可以计算结构的内力、应力、变形等参数，并判断结构的安全性。
静力仿真可以采用有限元方法进行求解，也可以通过手算方法进行近似计算。
某钢结构连桥舒适度的探讨
某钢结构连桥舒适度的探讨 摘要：本文对一座钢结构连桥进行了振动舒适度分析。本文详细介绍了舒适度评价标准，包括竖向振动频率、横向振动频率和加速度限值。对所采用的计算参数，包括荷载、弹性模量修正、阻尼比和荷载激励函数进行了详细的描述。描述了分析模型的建立，模态分析的结果，以及连桥荷载频率的计算。对两种不同工况，即规范荷载和有节奏运动荷载作用下舒适度结果进行了分析。
关键词：钢结构连桥;舒适度;探讨 引言： 当设计天桥或连廊等结构时，考虑到人群的舒适度至关重要。振动舒适度是一个重要的设计指标，特别是在高层建筑和连桥等公共场所。本文将对一座位于主塔与商业裙房之间的连桥进行振动舒适度分析。为了确保连桥的设计满足这些要求，本文将进行详细的分析，包括模态分析、荷载频率分析和加速度分析。我们将根据两种不同工况，即规范荷载和有节奏运动荷载，来评估连桥的振动舒适度。一、工程概述
某连桥位于主塔与商业裙房之间，长度约24米,宽约为10.7米。连廊结构东、西侧分别与主塔及商业裙房之间设缝脱开，其中主塔侧缝宽100mm,裙房侧缝宽150mm。四角分别设置牛腿支撑连桥。如图1。
连桥有一定跨度，采用钢结构方案，因此有必要对连桥结构进行振动舒适度分析，以保证期正常使用极限状态的要求。因此，从规范对比、人群荷载及有节奏运动荷载形式等方面进行了较为详尽的专项研究。 图1超塔连桥布置图 二、舒适度评价标准 2.1 频率控制 不封闭连廊和封闭连廊的舒适度设计应包括竖向振动和横向振动舒适度设计，针对连桥楼盖结构竖向及横向振动舒适度通过频率和振动加速度两个参数来衡量。
竖向振动频率参数，《建筑楼盖结构振动舒适度技术标准》（JGJ/T441-2019）建议竖向频率不小于3Hz。而横向振动频率参数，规范建议横向频率不宜小于1.2Hz。
2.2 加速度控制 2.2.1 加速度限值-连廊和室内天桥 连桥人群荷载作用下，规范建议不封闭连廊竖向峰值加速度限值为0.5m/s2，结合连桥使用阶段周边环境较为安静，行人对振动的感知可能会更为明显。因此，连桥保守按封闭连桥廊考虑，竖向峰值加速度限值取0.15m/s2，横向峰值加速度限值取0.1m/s2。
动态分析设计法之模态分析
（式1）
输出{x（ω）}是实测信号的响应谱，频响函数{H （ω）} 可通过激振测试获得。如果待定载荷数与 测点数相等，则可对上式直接求逆，有
{f（ω）}= {H（ω）} -1{x（ω）}
（式2）
由上式可求得系统的动载荷，这种方法比较简单， 但识别精度较低，且常常是待识别的载荷数与测 点数不等，这时就不能直接应用上式，需要对频 响函数矩阵{H（ω）} 求广义逆矩阵。
二、振动载荷的识别
振动载荷的识别是根据已知结构的动态特性和实测 的系统动态响应来求结构的外加载荷（激励）， 这一技术给无法进行直接测量载荷的结构提供了 一种载荷的识别方法。模态分析技术的迅速发展 为载荷识别创造了很好的基础，但载荷识别技术 还远远落后于模态参数识别的技术，其识别精度 还有待于进一步的提高。
2.最小二乘法识别 在最小二乘识别法中，测点的数量m可以远大于待定载荷的 数量p。式1可写成{x（ω）} mx1= {H（ω）} mxp {f（ω）} px1 上式两端同乘以频响函数矩阵{H（ω）} 的共轭转置矩阵{H * * ω）} T （ω）} T，使其转化为方阵，并对{H（ {H（ω）} 求逆，可得载荷的最小二乘解。采用最小二乘识别法，可 以提高载荷的识别精度，但是需要在每个频率点求逆，计 算时间较长。
• 小结：模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有特定 的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计 算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模 态分析。 这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为 计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信 号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常， 模态分析都是指试验模态分析。 振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模 态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内 各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部 或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是 结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。
第二章 有限元分析软件ANSYS-飞机机翼的模态分析
刘玲 机械工程学院
第二章 有限元分析软件ANSYS
第二章 有限元分析软件ANSYS
§2.1 ANSYS软件介绍
§2.2 ANSYS程序的结构
§2.3 ANSYS图形用户界面 §2.4 ANSYS分析基本步骤
§2.5 ANSYS实例分析
§2.5 ANSYS实例分析
§2.5.1 六方孔螺钉头用扳手的静力分析 §2.5.2 飞机机翼的模态分析
ANSYS提供了强大的动力分析工具，可以很方便地进行各类动力分析
问题：模态分析、谐响应分析、瞬态动力分析和谱分析。
一、动力分析简介
动力学分析根据载荷形式的不同和所有求解的内容的不同我们可 以将其分为：
模态分析
谐响应分析
瞬态动力分析
谱分析
二、动力学分析分类_模态分析
模态分析在动力学分析过程中是必不可少的一个步骤。
§2.5.2 飞机机翼的模态分析
一、问题描述
二、建立模型
三、定义边界条件并求解
四、查看结果
五、命令流输入
一、问题描述
对一个飞机机翼进行模态分析。机翼沿长度方向的轮廓是一致的，横 截面由直线的样条曲线定义。机翼的一端固定在机体上，另一端悬空。要
求分析得到机翼的模态自由度。有关的几何尺寸见图1，机翼材料的常数为：
在谐响应分析、瞬态动力分析动分析过程中均要求先进行 模态分析才能进行其他步骤。
模态分析的定义
模态提取方法
二、动力学分析分类_模态分析
模态分析的定义
模态分析用于确定设计机构或机器部件的振动特性(固有频率和 振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中 的重要参数。同时，也可以作为其他动力学分析问题的起点，例如 瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析。其中模态分析也是进行谱 分析或模态叠加法谱响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析 过程。 ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环 对称结构模态分析。前者有旋转的涡轮叶片等模态分析，后者则允 许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。 ANSYS中的模态分析是一个线性分析。任何非线性特性，如塑性和 接触(间隙)单元，即使定义了也将被忽略。
建筑工程中的结构强度分析方法
建筑工程中的结构强度分析方法在建筑工程中，结构强度是一个至关重要的因素。
通过合理的分析方法，可以评估建筑物的结构强度，确保其在正常工作条件下的安全性和可靠性。
本文将介绍建筑工程中常用的结构强度分析方法，以及它们的应用。
一、材料力学性能测试材料力学性能测试是建筑工程中最基础的结构强度分析方法之一。
通过对材料样本进行拉伸、压缩、弯曲等试验，可以获取材料的强度、刚度和延展性等参数。
这些参数可以作为结构分析的输入数据，用于计算建筑物在荷载下的受力情况。
二、有限元分析有限元分析是一种广泛应用于建筑工程中的结构强度分析方法。
它将结构划分为有限个小的元素，并对每个元素进行数值计算。
通过求解数学模型，可以得到结构在不同荷载条件下的受力分布和变形情况。
有限元分析具有高精度和广泛适用性的优点，能够有效地提供结构强度分析的结果。
三、静力分析静力分析是建筑工程中常用的结构强度分析方法之一。
它基于静力平衡原理，通过对结构进行平衡方程的建立和求解，得到结构在静力荷载下的受力状态。
静力分析适用于分析不考虑结构动力响应和变形的情况，常用于静态荷载条件下的结构设计和评估。
四、动力分析动力分析是对建筑工程中结构强度进行综合评估的重要方法。
它考虑了结构在动力荷载下的响应和变形情况，能够评估结构在地震、风载等动力荷载作用下的安全性。
动力分析主要包括模态分析、响应谱分析等方法，可以为结构设计提供参考依据。
五、风洞试验风洞试验是一种直观而可靠的结构强度分析方法。
通过在风洞中模拟实际的风场环境，可以观测和测量结构在风载作用下的受力情况和变形情况。
风洞试验结果可用于验证理论计算和数值模拟的准确性，对于高层建筑、大跨度桥梁等结构的设计和评估具有重要意义。
六、耐久性试验耐久性试验是建筑工程中的另一项重要的结构强度分析方法。
它通过模拟建筑物在长期使用过程中所受到的环境条件，如潮湿、高温、寒冷等，对结构材料和构件进行试验。
通过观测和测量试验结束后的材料性能和结构性能变化，可以评估结构材料和构件的耐久性能，判断其在使用寿命内是否能够满足设计要求。
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二层无比钢结构体系有限元动力模态分析马玲玲，刘峰武汉理工大学，武汉（430070）E-mail：zhaojun3031@摘要：无比轻钢龙骨小桁架建筑体系，是一种新型的钢结构体系，具有标准化程度高、空间布置灵活、抗震性能好、可工业化生产、建设周期短、环保和节能等特点，在我国建筑住宅领域有广阔的应用前景。
本文通过ABAQUS有限元软件对二层无比轻钢龙骨房屋结构在地震荷载作用下的动力反应分析计算，并将计算数值与试验数据比对。
研究表明，,且计算值与试验值两者吻合度较好。
验证了ABAQUS分析这种新型结构的可靠性。
关键词：无比钢，有限元，动力分析1.前言无比轻钢龙骨小桁架建筑体系（Web Light-Gage Steel Joist Structure）主要是指以镀锌轻钢龙骨为结构构件的结构体系，它具有节能环保、自重轻、工厂预制化程度高、建造速度快、劳动强度小等优点，近30 年来在欧美国家发展很快,已经形成了一整套十分成熟的技术[1]。
在低层钢结构住宅建筑领域中已经成为占主导地位的结构体系。
其技术主要来源于加拿大轻钢建筑体系，由于其节能环保等的优点，非常适合我国产业住宅化发展方向。
[2] 但在我国，轻钢龙骨结构体系的材料厚度不符合冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB 50018-2002)的规定，在轻钢龙骨体系住宅方面的发展与国外有很大差距，研究和应用才刚刚起步。
除尚在编制的《轻型房屋钢结构技术规程》和《低层轻型钢结构装配式住宅行业标准》，尚无这类新型结构的专用技术规程。
本文运用国际通行有限元分析软件ABAQUS对足尺寸的二层无比钢房屋进行动力模态分析，模拟此新型结构体系在地震力作用下的反应。
并用试验值对计算值进行比对，判断有限元分析的可行性。
2.建立模型介绍2.1 二层无比钢结构简介无比钢结构是一种新型的钢结构体系，主要由楼板、桁架梁、墙体和基础四部分组成.其结构体系中最基本的单元是小桁架。
这种小桁架是由镀锌冷弯高频焊接的轻型薄壁方管（Tubes）（矩形管）和三角形的V型连接件（Clips）通过自攻螺丝连接构成，（图1）。
桁架上下弦杆为镀锌冷弯方钢管或矩形管，截面尺寸包括40×40mm、40×60mm 和40×80mm三种，厚度一般为1.5mm左右；V型连接件分大、中、小三种，C型截面，厚度为1.2mm；梁高大致有150mm、240mm、350mm三种。
用这种桁架可以建造梁、墙、楼板，也可以建造屋顶。
楼板一般由压型钢板与素混凝土相互组合而成，压型钢板通过自攻螺丝与桁架梁上弦连接。
墙体一般由桁架柱、竹胶板蒙皮及C 型导轨等三部分构成，如图2所示。
厚度为240mm 或150mm ，当水平承载力或刚度不能满足要求时，可在墙体侧面增加交叉钢带。
墙与地基的连接是用预埋钢筋穿过打孔的槽钢，再用螺母连紧，而上下层的连接是把上、下层墙体的导轨用自攻螺丝连接起来。
当水平承载力或刚度不能满足要求时，可在墙体侧面增加钢带。
桁架柱上下弦杆为40×40mm 镀锌冷弯方钢管或矩形管，V 型连接件为中、小号，间距一般在600mm ～900mm 之间。
蒙皮一般采用竹胶板，厚度7.5mm ，通过自攻螺丝与桁架片柱相连。
桁架梁与墙体的连接方式如图3。
其中，桁架梁上弦方型管（或矩型管）置于墙体上端的C 型导轨上，并通过角钢1和自攻螺丝使两者连接在一起。
桁架梁下弦的方型管（或矩型管），仅通过角钢2和两颗自攻螺丝与桁架柱弦杆连接。
此连接一般只考虑安装方便，不考虑其承载能力。
另外，在轻钢龙骨墙体的空隙处充填耐火材料中空玻璃纤维棉，达到一般建筑墙体的围护作用外,因其内部特殊的构造形式阻隔热桥,墙体具有极好的隔振、吸音、保温功能.本文计算的二层房屋模型平面尺寸为长3m ，宽2m （均为边到边），一、二层层高均为3m ，模型总高6m 。
设计详图见图4[3]。
(c)正立面(d)背立面图4 模型设计详图2.2 二层无比钢结构体系有限元建模2.2.1整体结构有限元模型的简化在建立无比轻钢龙骨整体结构的有限元模型时，为避免出现节点和单元数目太多、计算时间过长的情形，本文将小桁架等效成等弯曲刚度的梁截面.本文无比钢整体结构有限元分析的一个重要假设是将桁架片柱等效成梁来简化计算，图5为桁架片柱等效成梁的示意图。
图中，梁的等效面积A及绕Y轴的弯曲刚度EI y可直接根据片柱中两方管柱的截面尺寸确定，不考虑V形连接件的影响。
绕强轴X的弯曲刚度EI x 则必须考虑V形连接件的影响，通过桁架梁两点加载的纯弯试验获取。
桁架梁两点加载是为了确定典型桁架梁平面内的抗弯刚度，为无比钢整体结构分析中墙的简化分析提供数据。
如图6中的两点载入，设载入点A 、B 及梁中点C 的竖向位移为∆A 、∆B 、∆C ，a 为梁端到载入点距离，b 为两载入点间距，L 为梁跨度，且：M= P·a,∆C ’=∆C-0.5(∆A+∆B)M 可查桁架梁承载力试验结果§2.3.2，[6]表2－4，则AB 纯弯段的等效抗弯刚度可表示为：EI=P·a·(L-2a)28[∆C-0.5(∆A+∆B)] =0.125M·b 2/∆C ’(1)无比钢结构体系中墙的厚度一般为150mm 或240mm ，若以（1）中的0.125 M·b 2及∆C ’为纵、横坐标，则图3－3中的两条曲线分别反映典型桁架梁L3（高150㎜）、L4（高240㎜）等效抗弯刚度EI 随载入大小不同的变化规律。
其中，曲线上每点切线的斜率则是该点的等效抗弯刚度EI 。
由于图7中的两条曲线基本呈直线，说明试验中梁的等效抗弯刚度变化小，构件接近于弹性状态。
表1为两点载入的7个桁架梁L1-L7等效抗弯刚度EI 测试结果的平均值，这些资料可看作是不同高度桁架梁平面内的等效弹性抗弯刚度，是无比钢墙体进行简化计算的重要依据。
表1 两点加载桁架梁弹性抗弯刚度试验结果另外，在建模时考虑如下简化： 1）考虑几何和材料非线性；2）体系中包括钢、混凝土及竹编胶合板三种材料。
钢材为各向同性材料，可简单用两段线模拟其应力应变关系。
混凝土则简化成各向同性弹性材料，竹编胶合板则假设为正交各向异型弹性材料，材料各方向的参数可根据试验结果直接输入。
3）整体模型中的桁架柱等效为三维梁单元，桁架柱两端设为铰接。
4）竹编胶合板采用正交各向异性壳单元模拟。
5）钢带可直接采用各向同性壳单元S4R 模拟，并与桁架柱相互粘接在一起。
6）理论分析时将楼板直接看作是素混凝土层，假设试验模型楼板厚度和实际工程的楼板厚度相同为50㎜，楼板密度按楼面试验配重质量除以假设确定的楼板体积取值1800㎏/m 3，未考虑钢桁架梁的组合作用效果，用三维实体单元C3D8R 模拟。
2.2.2连接支座及网格划分无比轻钢龙骨整体结构墙体部分使用钢桁架片柱、钢代和竹编胶合板作为蒙皮组成建筑的墙体构件，不同的零件通过自攻螺钉连接，自攻螺钉安装十分密集，在构建墙有限元模型时，应用ABAQUS 中Interaction(相互作用)模块来指定在节点自由度之间的约束，定义Tie 约束模拟钢桁架片柱、钢代和竹编胶合板之间的连接。
墙体中的上下导轨为冷弯C 型截面，厚度1.0—1.5mm ，通过3颗以上的自攻螺丝与桁架片柱、方柱中的方钢管外侧相连，同样使用Ti e 约束模拟桁架片柱端部与楼板之间的连接。
设置框架基础为钢节点，定义柱底的节点为刚节点。
根据结构的具体情况，结构中梁单元划分网格尺寸为0.6m ，壳单元和实体单元划分网格尺寸为0.3m 。
结构单元网格划分后如图8所示。
2.2.3荷载输入1、实际工程荷载输入方式实际工程分析时，多层无比轻钢龙骨建筑按照底部剪力法计算各层的层间剪力，建立Static, General 静力分析步，将各层层间剪力按水平方向输入到有限元模型各楼层楼板，分弹性抗弯刚度E I (N.m m 2) 编号 跨度 (m m )梁高(m m )E I 数值 E I 平均 L 1 2.7×1011L 2 2.9×1011 L 3 5981 1562.7×10112.8×1011L 45953 2397.5×1011 7.5×1011图8 两层轻钢龙骨结构有限元模型网格划分别对整体结构进行横向变形和纵向变形的验算。
2、试验模型荷载输入方式两层足尺寸无比钢结构有限元模型分析，参考无比钢结构振动试验内容，对结构进行模态分析求解结构的自振频率；然后，以振动试验输入的El-Centro 波和迁安波激励有限元模型，求解有限元模型在地震波激励下的动力反应。
模态分析通过建立频率分析frequency 步求解结构的自振频率，模型动力分析通过线性扰动分析中的modal dynamics 分析模块求解。
根据振动试验内容，对有限元模型施加如下5个不同的地震波激励，将分析结果与实测的数据[4]进行比较。
1、El-Centro 波激励，加速度峰值为0.1g ；2、El-Centro 波激励，加速度峰值为0.2g ；3、El-Centro 波激励，加速度峰值为0.3g 。
4、迁安波激励，加速度峰值为0.1g ；5、迁安波激励，加速度峰值为0.2g ；3. ABAQUS 对结构动力模态计算及结果比较利用上述方法用ABAQUS 建立整体结构有限元模型，并对模型在不同地震波激励下的动力反应进行了计算，并与实测结果进行了对比。
对该模型进行模态分析，得到结构沿长边方向的前两阶振型如图9所示，其中第一阶振动频率为5.09Hz ，第二阶振动频率为14.14Hz 。
模态分析计算结果与试验模型在不同激励下结构动力特性测量结果比较见表2。
图9 试验结构前两阶振型表2 不同激励下结构的动力特性估计值和模态分析结果频率 第一阶频率(Hz) 第二阶频率(Hz)自由振动 4.42 白噪声 4.26 14.4 频率上行扫频 3.62 15.4 频率下行扫频 3.83 13.9 模态分析5.09 14.14利用上述有限元模型对房屋在不同地震波激励下的动力反应进行了计算，并与实测结果进行了对比（表3）。
表3 位移实测值与理论值比较结构有限元动力分析结果与试验测得的数值有良好的吻合性.试验值较理论值大部分均偏小,在0.67~1.00之间.仅在El Centro 地震波（0.2g ）计算屋顶最大位移值时偏大,为1.29.4. 结论本文通过ABAQUS 有限元软件对二层无比轻钢龙骨房屋在地震波作用下的动力反应分析计算，并将计算数值与试验数据比对。
结果表明，且计算值与试验值两者吻合度较好。
验证了ABAQUS 分析这种新型结构的可靠性。
无比轻钢龙骨小桁架建筑体系，地震荷载作用下,自震周期较大, 抗震性能好;并且具有空间布置灵活、环保和节能等特点，在我国建筑领域有广阔的应用前景。