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7 6 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 1 0期 总第 1 6 0期 用于支撑的单层钢结构框架性能分析 赵广军 大庆石化工程有限公 司。 黑龙江大庆1 6 3 7 1 4 【 摘要】 为验证某一座有储罐的钢框架的承载能力和刚度， 本文把储罐在单层钢框架上的作用力简化为 均布荷载， 采用有限元软件 A N S Y S 分析了这一框架在均布荷载作用下的静力性能和动力模态分析 ， 经仿真分析可 知钢框架的承载力和刚度均满足要求， 本分析可为进一步深入开展这种框架的抗震性能提供依据。 【 关键词】 钢框架； 模态分析 ； A N S Y S 【 中图分类号】 T U 3 9 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 1 1 0- 0 0 7 6 0 2 把储罐坐落在框架结构上， 将形成一种新型的耗能结 构形式， 如图 1所示。发生地震时 ， 储罐下面的框架首先进 入弹塑性状态， 将会吸收大量的能量， 从而避免储罐发生破 坏， 本文把储罐在框架上的作用力简化为均布荷载， 采用有 限元软件 A N S Y S l 0 重点分析了某一现役的框架L 2 在均布 荷载下的静力性能， 随后进行了框架的动力模态分析， 为今 后进一步深入开展这种框架的抗震性能提供依据。 1 工程概 况 一 支撑储罐的钢框架结构 J ， 由工字型钢柱、 钢梁和钢 板组成， 钢 材为 Q 3 4 5钢 ， 钢柱 截面 高和宽 为 o ． 2 5 m X 0 ． 2 5 m， 翼缘和腹板厚均为0 ． 0 2 m， 钢柱的计算长度为3 m； 工 字梁截面高和宽为0 ． 2 m 0 ． 1 m， 翼缘和腹板厚均为0 ． O 1 m， 钢梁的计算长度为 6 m， 钢板厚为 0 ． 0 2 m。经计算平台承受 由储罐简化过来的竖向均布荷载为 l O k N ／ m ， 板直接承受荷 图 l坐落在柜架结构上的储罐 图 2单层钢框架有限元模型 载并将其传给支撑板的梁， 再传给柱子， 到基础。 2有限元模型 A N S Y S单元库中 B E A M1 8 8单元⋯能够提供梁截面的 偏置功能 ， 采用 B E A M1 8 8单元模拟框架结构中的梁和柱 ， 图 3方案 2变形图 图4方案2 应力分布图 表 1 变形及应力有限元结果对比 4 结语 本文采取 A N S Y S有限元方法对开洞的钢筋混凝土板进 行了仿真数值模拟， 详细介绍了有限元分析的过程， 求得变 形和应力。通过对比选择了方案 2 ， 即板厚取 1 0 0 m m， 开洞 的直径取 1 5 0 0 mm， 同时跨中和支座应力分布 比较均匀， 配 筋较合理， 造价较低。 参考文献 [ 1 ] G B 5 0 0 1 l - 2 0 0 8 ， 混凝土结构设计规范[ S ] ． [ 2 ] 刘涛， 等 ． 精通 A N S Y S 【 M ] ． 北京 清华大学出版社， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 博弈创作室 ．A P D L参数化有限元分析技术及其应用实例 [ M] ．北京 中国水利水电出版社， 2 0 0 4 ． [ 4 ] 郝文化 ． A N S Y S 土木工程应『 f 】 实例[ M] ．北京 中国水利水 电出版 社， 2 0 0 5 ． [ 5 ] G B 5 0 0 0 9 2 0 0 1 ， 建筑结构荷载规范[ s ] ． [ 收稿日期] 2 0 1 I 一 0 5 一I 8 [ 作者简介】 穆春 1 9 7 7 一 ， 男， 黑龙江大庆人， 工程师， 从 事土小” l 程结构方耐的研究与 设汁。 赵广军 用于支撑的单层钢结构框架性能分析 采用 S h e l l 6 3弹性壳单元” 模拟钢板， S h e U 6 3单元既具有弯 曲能力又具有膜内力 ， 单元可以承受平面内荷载和法向荷 载， 每个节点具有 6个自由度 ， 对壳单元及梁单元均赋予钢 材的材料属性。钢材的弹性模量为 2 ． 1 1 0 “ N ／ ra m ， 泊松 比取为 0 ． 3 ， 钢材的密度为 7 8 0 0 k g ／ m ， 钢柱底部与基础刚 接， 约束底部各个节点的全部 自由度 A L L D O F ， 在钢板上 施加均布荷载， 单层钢框架有限元模型见图2 。 在这类结构仿真分析中， 要根据实际情况考虑钢梁 的 偏置 ， 否则梁单元的刚度矩阵将是不正确的。 3 静力分析 图3框架变形图 图4框架等效应力图 图 3 为框架结构整体变形图， 由图 3可知， 板跨中的变 形最大， 其值为2 2 ． 4 8 m m， 钢结构设计规范 规定板的变形 不大于跨度的 1 ／ 2 5 0 ， 即小于 2 4 mm， 可见， 板的刚度是满 足要求的。 图4 为框架结构整体等效应力分布图， 通过图4 可知， 板跨中下边缘的应力最大， 其值为 9 9 ． 2 MP a ， 远小于 3 1 5 MP a J ，可见， 钢材的强度也是满足要求的。 4 模态分析 应用 A N S Y S软件中的 MO D A L分析类 型， 采用 B l o c k L a n e z o s 算法进行了单层钢框架的模态分析， 求得单层钢框 架前 6阶频率及振型图， 其频率值如表 l所示， 图 5为 6阶 频率对应的振型图。 表 1 单层钢框架前 6阶频率 H z 一．一一 a 第一阶振型 b 第二阶振型 c 第三阶振型 一一一 d 第四阶振型 e 第五阶振型 图 5钢框架前 6阶振型 从图5中可以看出． 框架的第一阶振型是沿着柱的强轴方向水 平振动， 钢板振动表现的比较明显； 第二阶振型是以跨中点振幅为最 大的上下正对称振型， 第三阶振型是沿着柱的弱轴方向水平振动 。 第 四阶振型是以跨中为中心的扭转振动， 主要表现在板上； 第五阶和第 六阶振 型足 以跨中为中心 的上下反对称振动。振型主要以水平 和上 下振动为主。考虑水平地震作用时 j 水平振型为主要振型， 考虑竖 向地震 作用 时上下振型为主要振型 。 5结语 1 应用有限元软件 A N S Y S 建立了某单层钢框架的有限元分 析模型， 并对模型进行了静力分析， 通过对比可知框架的承载力和刚 度均满足要求。 2 开展了模态分析， 得到了 钢框架前6阶自振频率和振型， 得到框架振动的规律， 为进一步开展钢框架的抗震分析奠定基础。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] ∞ 第六阶振型 参考文献 A N S Y S p r o g r a m m e r ’ s m a n u a l [ M] ． A N S Y S I n e ， 1 9 9 8 ． 博弈创作室 ．A P D L参数化有限元分析技术及其应用实例 [ ．北京 中国水利水电出版社 ， 2 0 0 4 ． G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 ， 钢结构设计规范[ S ] ． G B 5 0 0 1 j 一 2 0 1 0 ， 建筑抗震设计规范[ s ] ． [ 收稿日期】 2 0 1 1 0 5 一l 2 [ 作者简介】 赵广军 1 9 6 1 一 ， 男， 黑龙江大庆人。 工程师， 主 要从事土木工程方面的研究与设计。