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建筑活顶柱有限元分析和计算方法

发布于:2016-02-23 19:26
有限元分析

      在模板支撑体系中,存在着多种结构形式,如竹木脚手架、扣件式脚手架和门架等,国内外学者也对模板工程的安全应用做了大量地研究。但是因为施工条件的多样性,导致了现有脚手架体系不能很好地的适应日益发展的建筑结构形式的施工需要,因而要开发出更加适合的模板支撑构件。为了提高施工质量并且在操作上更加方便快捷,建筑用活顶柱应运而生。建筑用活顶柱是施工中梁、板等结构的竖向支撑构件,通过粗调和精调的操作可以较方便、精准地调解到所需支撑高度。对支撑高度在2400mm、2900mm和3400mm的建筑用活顶柱进行了试验研究。
      有限元分析单元法作为试验研究的扩充手段,能节约因做大量试验而需耗费的巨额资金,能在一定程度上弥补试验的局限性。因此,应用有限元计算方法对建筑用活顶柱进行了模拟分析,通过数据分析得到了适用于设计计算的稳定系数计算公式试验中所采用的建筑用活顶柱有两种类型,按照可支撑高度的差异分为MNⅠ型和MNⅡ型,最大支撑高度可分别达到2900mm和400mm。MNⅠ型和MNⅡ型的建筑用活顶柱上立柱与导柱的钢管分别为Υ60×2.5mm和Υ48×3mm,材料性能试验测得钢管的弹性模量E=204GPa,屈服强度fy=191.1MPa,销钉的弹性模量E=206GPa,屈服强度fy=353MPa,采用实体单元solid45对建筑用活顶柱进行有限元建模,材料的应力-应变关系选用图所示的双线性应力-应变关系。
      建筑用活顶柱的有限元模型尺寸见表 (h为总支撑高度,L为立柱外露长度,D为柱外露长度,ν为初偏移)。建筑用活顶柱有限元模型和约束形式见图,在模型的顶部和底部施加铰接约束,并约束Y方向(平面外方向)的变形,使得模型只能在XZ平面上产生变形.在模型的顶端通过荷载步的方式施加面荷载,使用弧长法对建筑用活顶柱模型进行非线性屈服分析。
      对试件有限元模型分析后的结果进行VonMises应力云图进行提取。可以看出,当荷载达到极限承载力时建筑用活顶柱上的VonMises应力分布规律呈现连接处应力最大,并有向两端递减的现象。对比观察3个试验模型的VonMises应力值可以看出当达到极限承载力时导柱钢管弯曲段上的受压区VonMises应力都达到了屈服应力,MNⅠ24销钉应力达到屈服应力,其余2个试件销钉未达到屈服应力。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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