2012No.369 郭彦林等：波浪腹板门式刚架侧向变形计算研究 31 若将壳单元应用到波浪腹板门式刚架等结构的有 ME 限元分析中，不但涉及节点连接处的建模问题，而 且由于构件数增多，将使得单元数量巨大，计算效 0.001E 率低，不适宜设计人员使用. 本文基于波浪腹板工形构件的受力特性，提出 了适用于计算波浪腹板工形构件变形的两种梁单 原始模型 日简化模型 元有限元简化模型.基于理论推导和有限元验证， 7 7 剪切刚度=GA 剪切刚度qGh3 提出了适用于单跨等截面、单跨变截面及多跨波浪 a简化模型1 腹板门式刚架侧向变形的计算方法，其中考虑了柱 脚边界条件、斜梁坡度、侧向荷载作用点和分布形 式等诸多因素的影响. 1变形计算有限元简化模型 1.1简化模型的提出 0.01mm 在使用梁单元模拟波浪腹板工形构件变形计 1原始模型 简化模型 算时，需确保梁单元简化模型的刚度与波浪腹板工 形构件相同.由波浪腹板工形构件的受力特性可 剪切刚度-GA 剪切H度-qGhs 知，所定义的梁单元截面特性需同时满足以下两个 b简化模型2 条件：①所定义截面在计算弯曲刚度时，只计入翼 图1梁单元简化镜型 缘惯性矩，不计入腹板惯性矩；②所定义截面在计 Fig.I Simplified model of beam element 算剪切刚度时，只按腹板有效进行计算，并将刚度 钢材的弹性模量E=2.06x103MPa 剪切模量G= 乘以q/的折减系数.q为波浪腹板单个重复波浪 7.9 x10MPao 的波长；s为波浪腹板单个重复波浪展开后的长度. 采用梁单元与壳单元模型分别计算波浪腹板 根据上述要求，提出了两种梁单元简化模型. 构件的变形，计算结果显示：果用梁单元模型与壳 为满足条件①的要求，简化模型将主要对腹板的弹 单元模型的计算误差不超过3.5%.这一误差主要 性模量或腹板厚度进行修正处理.如简化模型1将 是由于在简化模型中，波浪腹板在靠近翼缘的小部 腹板的弹性模量设为0.001E 而简化模型2则将腹 分存在正应力，能分担1%的弯矩，而用壳单元计算 板厚度设为0.01mm 均可以实现腹板的压缩刚度 时将考虑这部分的贡献.因此采用梁单元简化模 和弯曲刚度几乎为零的假定.为满足条件②的要 型计算波浪腹板构件及结构变形，可满足工程设计 求，简化模型通过剪切刚度覆盖命令来定义梁单元 的精度要求. 截面剪切刚度为qGh../s 使其与波浪腹板工形 1.3简化模型参数的敏感性分析 构件的剪切刚度一致.其中E G分别为钢材的弹 在梁单元简化模型中，将腹板弹性模量设为 性模量和剪切模量；h. .分别为波浪腹板工形构 0.001E(如简化模型1)或将腹板厚度设为0.01mm 件的腹板高度和厚度. (如简化模型2)，本节将主要对梁单元简化模型中 在ANSYS通用软件中，为实现梁单元简化模型 此2参数的敏感性进行考察. 的模拟，选取能计人剪切变形的Beam189单元.梁 以悬臂梁在梁端集中力作用下的变形作为考 单元简化模型如图1所示. 察对象，以壳单元模型的计算结果作为参照，分别 1.2简化模型与壳单元比较 取梁的长细比为入30和A=90 模型所采用的 为考察简化模型模拟波浪腹板工形构件变形 截面参数与上小节一致.图2分别给出了腹板不同 的计算精度，使用上述两种梁单元简化模型及壳单 弹性模量取值和腹板不同厚度取值下悬臂梁的变 元模型分别来计算波浪腹板工形构件的变形. 形计算结果.分析表明，梁长细比对参数缺陷敏感 通过改变...
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