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有限元计算软件用于钢管支架验算的适用性分析

主题:有限元 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2024-01-31

简介:本文是有限元和软件类论文范文检索与有限元方面在职毕业论文范文.

有限元和软件论文范文

摘 要:目前国内建筑行业施工临时结构的验算形式主要有有限元计算和规范计算.施工临时结构中,由钢管扣件式脚手架、碗扣式脚手架及承插式脚手架搭设而成的临时结构占很大一部分,本文通过比较论证由成品钢管支架搭设的临时结构可采用有限元计算软件验算的情况.

Abstract: At present, the verification forms of temporary structures for construction in the construction industry of China mainly include finite element calculations and standard calculations. Temporary structures constructed by steel pipe fastener scaffolding, bowl buckle scaffolding, and socket-type scaffolding account for a large part of temporary structures during construction. This paper compares and demonstrates that the temporary structure erected by finished steel pipe supports can use finite element calculation software for verification.

关键词:有限元计算软件;规范验算;钢管支架

Key words: finite element calculation software;normative check calculation;steel tube bracket

中图分类号:TU511.3+7 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2020)05-0277-03

1 概述

钢管式支架是目前国内建筑行业临时结构普遍采用的搭设材料.这里所说的钢管支架包括钢管扣件式脚手架、碗扣式钢管脚手架以及承插型盘扣式钢管支架等工厂定型生产的且有专门的应用规范的一类支架.这类支架广泛应用于建筑行业的模板支架、施工脚手架等临时结构.为了保证临时结构的安全性稳定性,由钢管支架搭设的临时结构必须经过结构验算,确保满足要求后才能在施工现场实施;因此钢管支架的结构验算尤为重要.

目前在施工临时结构的验算上,主要有两种验算方式,规范验算和有限元验算.规范验算是指按照相关规范列出的计算项目及计算要求对施工临时结构进行验算,规范验算可以采用手算也可采用计算软件计算;规范验算是遵循固定的模型结构,遇到一些特殊结构,规范验算往往不能满足要求.施工临时结构的有限元验算一般采用有限元计算软件进行,如,Midas Civil,Midas GTS等,进行有限元计算的软件具有普适性,没有专门针对施工临时结构的计算软件,但是有限元计算软件一般采用三维建模的方式,理论上能够验算各种形式的临时结构,在计算结果的输出直观性,计算模型的适用性要明显好于规范验算.

2 钢管支架临时结构的验算

如前文所述,施工临时结构的验算方式目前采用的有规范验算和有限元验算.这两种方式的验算内容各不相同,在某些程度上影响验算结果;编制的施工方案应首先满足相关规范的要求,包括方案要求的验算内容,对验算结果的要求等.因此,我们施工计算人员在对钢管支架搭设的临时结构进行验算,尤其是涉及到危险性较大的分部分项工程时,应慎重选择验算方式.本文以青岛市地铁13号线七工区大珠山连续梁模板支架为例,论述在钢管支架临时结构进行验算时,什么情况下必须采用规范验算,什么情况下可以采用有限元验算.

2.1 不适用有限元计算的情况

本文所提到的三种常用的钢管支架都有对应的应用规范,分别是,《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 130-2011)、《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 166-2016)以及《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》(JGJ231-2010).钢管支架在建筑工程施工中常用于施工脚手架、模板支架临时结构,而相对应的技术规范对这两种结构的验算内容都有详细的要求.以模板支架为例.

对模板板支架的稳定性验算,根据规范要求是验算模板支架的压杆稳定性,采用公式如下:

式中,N是立杆轴向受力值,A是立杆杆件的断面面积,f是立杆所用材料的强度设计值,这幾个值的取值与采用有限元计算时的取值一样;但是公式中一个较为重要的系数—轴心受压构件的稳定性系数?渍的取值完全不同,这一系数需根据立杆的计算长度与回转半径的比值即长细比根据规范中附录D中的表格来查表确定,而其中立杆的计算长度,又需要根据立杆步距进行修正.规范中的附录D中稳定系系数的取值以及立杆计算长度的修正系数都是经验系数,是通过实验及现实应用情况总结出来的,采用有限元计算软件不可能将这些系数准确模拟.下面举例说明,同一种结构采用规范验算和采用有限元计算存在的区别.

2.1.1 两种计算方式的验算比较

青岛市地铁13号线七工区大珠山连续梁模板支架采用承插型盘扣式钢管支架搭设模板支架,模板支架立杆高度是6.0米,立杆间距是1.2米,横杆步距是1.5米,斜杆布设按规范要求布置;杆件采用截面直径为48mm,壁厚3.2mm.根据这些参数,分别采用规范计算及有限元計算确定立杆的受力情况(不考虑风荷载).

2.1.1.1 规范计算

根据对应的规范,对模板支架的压杆稳定性做如下计算:

①支架立杆计算长度确定.

式中l0表示立杆验算长度;?浊计算长度修正系数,根据规范,这里取1.2;h为横杆最大步距,为1.5m.

可得计算长度l0等于1.8m.

②立杆长细比计算.

式中i表示立杆截面的惯性半径,根据规范附录C查得,i等于1.59cm.

计算得?姿等于113.2<150(规范5.1.9条要求)

③轴心受压构件稳定系数确定.

轴心受压构件稳定性系数由长细比查表得?渍值为0.496.

④立杆轴向力最大设计值N计算.

式中,A为立杆的截面积,为4.5cm2,f为钢材的强度,这里采用Q235钢,强度值为205N/mm2.

因此计算可知,N最大设计值为45756N.

2.1.1.2 有限元软件计算

由于有限元计算软件较多,这里采用常用的验算施工临时结构的有限元计算软件Midas Civil进行验算,建立模板支架的模型如图1.

模型的建立应尽量真实的模拟钢管支架的情况,杆件节点的传力应尽量真实反映实际连接情况.因此,对水平杆件、斜杆与水平杆件交点位置应进行真实转动刚度模拟,根据《建筑施工临时支撑结构技术规范》(JGJ300-2013)承插式支撑结构的节点传动刚度为20kN·mrad.

对每根立杆施加节点荷载值45.756kN.查看立杆应力结果如图2.

由计算结果可知,立杆的最大组合应力是175.5MPa,计算结果小于远小于由规范计算得到的205MPa的应力值.

2.1.2 小结

根据以上结果对比可知,将规范验算中立杆稳定验算结果对比有限元计算得出的梁单元组合应力时,两者差距较大,有限元计算的结果小于规范验算得出的结果,规范验算相对于有限元验算保守,如果将有限元计算得到的组合应力除以压杆稳定性系数,那么得到的应力值将远远大于规范验算得到的数值,有限元验算又相对于规范验算保守.若将两者计算方法的稳定性验算结果进行比较则不具备可比性,有限元软件计算稳定性是通过对结构进行屈曲分析,而钢管支架以及其他施工临时结构的规范并没有关于屈曲分析中第一阶模态值允许值范围.

综上所述,当钢管支架组成的施工临时结构的形式与对应规范中所列的验算模型一致时,应采用规范验算而不应采用有限元计算.

2.2 适用有限元计算的情况

2.2.1 采用有限元计算对规范验算进行复核

对钢管支架搭设的临时结构符合规范假定的计算模型时采用规范计算的方式对临时结构进行验算,同时可辅助于有限元验算,用于验算临时结构的整体稳定性以及验算是否存在个别节点超出允许范围.规范验算模型是二维模型,无法验算与验算单元有关联的其他单元对其的影响;实际作用中,由于结构单元存在结构变形等原因必定会使各个结构单元相互影响.

例如,2.1.1节中提到的验算实例中,可首先采用规范对模板支架进行验算,然后采用有限元软件建立三维模型,对模板支架的结构单元受力情况进行验算,通过屈曲分析,来验算整个体系的弹性稳定性.

2.2.2 特殊结构形式的模板支架采用有限元计算

当模板支架体系不符合规范所假定的计算模型或模板支架体系中含有特殊结构时,可采用有限元验算对模板支架体系进行验算.

如坡屋面结构,规范验算中假定的计算模型是平面,对于这种倾斜平面结构的模板支架,需采用三维有限元模型对其可靠性进行验证.

青岛市地铁13号线七工区大珠山连续梁模板支架体系中含有门洞结构的支架,可建立三维有限元模型对门洞的可靠性进行验算.

3 总结

综上所述,有限元计算应有限的应用于模板支架的验算中,当有限元计算应用于模板支架的验算时,应满足《钢结构设计标准》(GB50017-2017)中的要求.

另外,有限元计算有规范验算不可替代的优点,如,适用性强、输出结果直观明了等,建议我们的规范编制部门能够在对应的规范中将有限元计算的要求进行明确;如果采用有限元计算,需验算哪些内容以及对验算结果的要求如何.

参考文献:

[1]国家标准《钢结构设计标准》GB50017-2017正式发布[J].中国建筑金属结构,2018(02):72.

[2]JGJ300-2013,建筑施工临时支撑结构技术规范[S].

[3]JGJ231-2010,建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程[S].

[4]桥梁工程软件Midas civil 使用指南.

总结:该文总结:这是一篇关于有限元方面的相关大学硕士和有限元和软件本科毕业论文以及相关有限元和软件论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.

有限元引用文献:

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