文章编号:100926825(2010)1120082202门式刚架吊车梁在移动荷载下位移和响应分析收稿日期:2009212222作者简介:耿照亮(19822),男,北京工业大学建筑工程学院硕士研究生,北京 100124陈向东(19502),男,教授,北京工业大学建筑工程学院,北京 100124耿照亮 陈向东摘 要:借助于有限元软件ANSYS 对几种带有吊车梁的轻型门式刚架的吊车梁进行有限元分析,对跨度大小、腹板高度及厚度等对吊车梁的应力和挠度的影响分别作了详细分析,通过计算分析,对门式刚架吊车梁的设计提出了一些建议,以利于设计人员的设计,同时为进行类似工程提供了技术依据。
关键词:柱距,翼缘,腹板,有限元中图分类号:TU392.5文献标识码:A 轻型钢结构主要是指采用门式刚架为主要承重骨架,用冷弯薄壁型钢做檩条、墙梁,以压型钢板做屋面、墙面的一种轻型房屋结构体系。
对于有吊车的轻型门式钢架,吊车梁是非常重要的构件,其用钢量可占全部结构用钢量的1/4～1/3,合理优化设计吊车梁结构对降低钢材总用量是非常有效的。
尤其当工字形吊车梁在移动荷载作用下无加劲或者承受移动的轮压荷载时,应验算腹板计算高度处以及下翼缘的局部承压力,进而设置横向或者纵向加劲肋。
本文对在移动荷载下的工字形吊车梁进行了有限元分析,并与实际中关于吊车梁受力分析的理论相结合,以期得到工字形吊车梁在移动荷载下的应力和挠度的变化规律。
本文采用的吊车资料如表1所示。
1 规范对于吊车梁的计算要求表1 吊车主要性能参数起重量G n /t 吊车梁跨度L /m轮距K /m 桥架宽度B /m 最小轮压t 最大轮压t 小车重t 522.5 3.55 4.65 3.68.5 1.81022.5 4.05 5.29 3.1512.6 3.330/1522.5 4.1 5.3 6.614.2 5.750/2022.5 4.6 5.8 6.6517.7 6.850/3022.54.76.137.228.511.6 1)《钢结构设计规范》规定:吊车梁应按下列规定计算最大弯矩处或变截面处的正应力:上翼缘正应力计算:当无制动结构时,M max W 上nx+M HW ny ≤f ;当制动结构为制动梁时,M max W 上nx+M HW ny 1≤f 。
B 丙=A ・R 丙=(0.26,0.355,0.385)(9)3.6 用等级参数对评价指数作出综合结论设相对于各等级v j 规定的参数列向量为:C =(c 1,c 2,…,c n )T =(100,65,45)T(10)则得出甲方案等级参数评价结果(分数)为:p 甲=B 甲・C =(0.42,0.37,0.21)・1006545=75.45(11)p 乙=B 乙・C =68.8(12)p 丙=B 丙・C =66.4(13)3.7 对三种设计方案评价结果分析由以上计算可知,评价结果分数排序为:p 甲>p 乙>p 丙,设计方案甲最佳,方案乙为第二,方案丙最差,故选择框架剪力墙结构具有最好的综合效益。
4 结语模糊评价法能较准确的确定各因素对建筑设计方案评价结果的影响程度,有效地减少人为因素在评价中的作用,并能较全面、真实的反映各因素对评价结果的综合影响。
把综合评价法应用于住宅结构设计方案的评价与选优,量化了各种评价标准,使评价结果更为客观,更加科学合理。
参考文献:[1] 张宗元.模糊数学及其应用[M ].重庆:重庆建筑大学出版社,1999.[2] 湛 江.模糊数学在国民经济中的应用[M ].武汉:华中理工大学出版社,1994.[3] 徐 蓉.工程造价管理[M ].上海:同济大学出版社,2003.[4] 张 欣.住宅结构可靠性分析[J ].山西建筑,2008,34(8):84285.[5] 刘书贤,朱智勇,张 引.住宅建筑设计方案的模糊综合评价[J ].辽宁工程技术大学学报,2000(6):2592263.On comparison of residential structure scheme based on f uzzy comprehensive evaluationFANG Ju anAbstract :The paper adopts the fuzzy comprehensive evaluation ,combining with relative major knowledge and experts ’experience ,has the comprehensive evaluation on the structural design scheme ,overcomes the rudeness of the influential factors in the structural scheme selection ,and the casualness of personal objective judgment ,so as to have more scientific ,brief and persuasive optimization of high 2rise residential struc 2tural scheme.K ey w ords :fuzzy comprehensive evaluation ,residential structure scheme ,comparison ,social comprehensive effect・28・第36卷第11期2010年4月 山西建筑SHANXI ARCHITECTURE Vol.36No.11Apr. 2010 当制动机构为制动桁架时,M max W 上nx+M H W ny +N HA n ≤f ;下翼缘正应力计算:M max W 下nx≤f 。
其中,W 上nx ,W 下nx 分别为梁截面对x 轴的上部或下部纤维的净截面模量;W ny 为上翼缘截面对y 轴的净截面模量;W ny 1为制动梁截面对y 1轴的净截面模量;N H 为吊车梁上翼缘作为制动桁架的弦杆,在吊车横向水平荷载作用下产生的内力;A n 为吊车梁上翼缘的净截面面积;f 为钢材的抗拉强度设计值。
2)吊车梁的竖向挠度可按下列公式近似计算:a.等截面简支梁:v =M x l 210EI x≤[v ]。
b.翼缘截面变化的简支梁:v =M x l 210EI x1+325・I x -I ′x I x≤[v ]。
其中,M x 为由全部竖向荷载标准值产生的最大截面弯矩;l 为吊车梁跨度;I x 为跨中毛截面惯性矩;I ′x 为支座处毛截面惯性矩;[v ]为容许挠度值,对于轻钢吊车梁[v ]=1/1200～1/400。
2 计算模型本文采用通用有限元程序ANSYS 计算移动荷载下吊车梁腹板和下翼缘应力,工字形吊车梁截面尺寸如图1所示:材料为线弹性,弹性模量E X =2.0×1011,泊松比u =0.3,吊车梁采用一端固定一端简支。
梁的有限元模型采用Beam188,几何模型见图2。
3 计算结果表2 柱距为9m,荷载分别为100kN,300kN 作用下的计算结果起重量t 截面尺寸/mm柱距L /m 应力(1)应力(2)挠度(1)挠度(2)5340×14×500×10×240×1291102671/721/2410340×18×1000×12×240×18932.7981/4001/13430/15350×16×1000×10×250×16937.81131/4031/13750/20360×14×750×10×200×12934.81041/4351/4350/30360×14×1000×10×240×14970.82101/1591/53注:应力(1)(2)分别指荷载为100kN ,300kN 作用下的最大应力,单位为N/mm 2;挠度(1)(2)分别指荷载为100kN ,300kN 作用下跨中的最大挠度,下同 各个参数条件主要包括:柱距L 、翼缘厚度、宽度、梁高、腹板厚度,对所有模型施加不同的荷载,P 1=100kN ,P 2=300kN ,分别计算柱距L =9m ,18m ,24m 三种情况下的应力和挠度。
L =9m 荷载分别为P 1=100kN ,P 2=300kN 两种情况下计算结果如表2所示。
L =18m 荷载分别为P 1=100kN ,P 2=300kN 两种情况下计算结果如表3所示。
表3 柱距为18m 、荷载分别为100kN,300kN 作用下的计算结果起重量t 截面尺寸/mm柱距L /m 应力(1)应力(2)挠度(1)挠度(2)5340×14×500×10×240×12182227191/81/310340×18×1000×12×240×181********/541/1830/15350×16×1000×10×250×16187002101/1001/1750/20360×14×750×10×200×12181444321/201/750/30360×14×1000×10×240×141882.92491/441/15 L =24m 荷载分别为P 1=100kN ,P 2=300kN 两种情况下计算结果如表4所示。
表4 柱距为24m 、荷载分别为100kN,300kN 作用下的计算结果起重量t 截面尺寸/mm柱距L /m 应力(1)应力(2)挠度(1)挠度(2)5340×14×500×10×240×12243328811/3.331/1.1110340×18×1000×12×240×182488.92671/231/830/15350×16×1000×10×250×16241013041/201/750/20360×14×750×10×200×12242427261/71/2.250/30360×14×1000×10×240×14241093271/201/6.3 经过计算发现,下翼缘跨中挠度响应历程和此节点处的挠度形状很相似,随着柱距的增大,与跨中相邻的位置也开始出现较大的挠度。