萬能桿件塔架穩(wěn)定分析

萬能桿件塔架穩(wěn)定分析目錄1、工程概況 萬能桿件塔架穩(wěn)定分析穩(wěn)定分析是研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定的問題。處于平衡位置的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，在任意微小外界擾動下，將偏離其平衡位置，當外界擾動除去后，仍然自動回復(fù)到初始平衡位置時，則初始平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。如果不能回復(fù)到初始平衡位置，則初始平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件由于平衡形式的不穩(wěn)定性，從初始平衡位置轉(zhuǎn)變到另一平衡位置，稱為屈曲，或稱為失穩(wěn)。研究穩(wěn)定可以從小范圍內(nèi)觀察，即在鄰近原始狀態(tài)的微小區(qū)域內(nèi)進行研究。為揭示失穩(wěn)的真諦，也可從大范圍內(nèi)進行研究。前者以小位移理論為基礎(chǔ)，而后者建立在大位移非線性理論的基礎(chǔ)上。引出了研究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的兩種形式：第一類穩(wěn)定，分支點失穩(wěn)問題；和第二類穩(wěn)定，極值點失穩(wěn)問題。屈曲分析在數(shù)學(xué)上是一個求解特征值的問題。屈曲分析結(jié)果輸出的特征值也就是屈曲荷載系數(shù)，而我們關(guān)心的是屈曲荷載值的大小。求出屈曲荷載系數(shù)后，可以根據(jù)荷載情況計算出屈曲荷載值。第一種情況：輸入自重（不變）和二期荷載（可變）進行屈曲分析，得到的屈曲荷載系數(shù)×二期荷載＋自重＝屈曲荷載值。第二種情況：輸入自重（可變）和二期荷載（可變）進行屈曲分析，得到的屈曲荷載系數(shù)×（二期荷載＋自重）＝屈曲荷載值。由于屈曲分析數(shù)學(xué)上是一個求解特征值的問題，求出負數(shù)也是正常的，但這個結(jié)果在力學(xué)上沒有物理意義，所以有些程序直接將他屏蔽掉了。midas/Civil2006中對于這些結(jié)果也可以屏蔽：另外需要注意的是，移動荷載分析和屈曲荷載分析不能同時進行，因為屈曲分析求得的臨界荷載系數(shù)需要一個確定的荷載狀態(tài)。在midas/Civil中可以通過移動荷載追蹤器將移動荷載轉(zhuǎn)化為靜力荷載來實現(xiàn)，該靜力荷載的位置是對于結(jié)構(gòu)反應(yīng)某個參數(shù)的最不利加載位置。在本例題中以一個萬能桿件塔架為例，介紹midas/Civil進行穩(wěn)定分析的方法。1、工程概況一個單柱頭的萬能桿件塔架，塔高10m，在單位豎向荷載下的穩(wěn)定分析。塔架如右圖所示，節(jié)間長度2m，除立桿為4L120*10角鋼外，其余桿件均為2L75*8角鋼,材質(zhì)為Q235鋼。2、定義材料和截面定義鋼材的材料特性模型/材料和截面特性/材料/添加類型>鋼材；規(guī)范：JGJ(S)數(shù)據(jù)庫>Q235?定義截面注：midas/Civil的截面庫中含有豐富的型鋼截面，同時還擁有強大的截面自定義功能。模型/材料和截面特性/截面/添加數(shù)據(jù)庫/用戶>截面號1；截面類型（雙角鋼截面）選擇用戶定義，單一角鋼截面數(shù)據(jù)庫（GB-YB），截面名稱（L75*8）；C：0.01m，點擊適用型鋼組合>截面號2；截面類型（4-角鋼），截面名稱（4L120*10）選擇用戶定義，H(0.12m)，B(0.12m)，tw(0.01m),tf(0.01m),C（0.01m）?3、建模建立第一根豎桿：注：對于直線單元，使用midas/Civil特有的擴展功能可以快速地建立模型。另，此例中的塔架也可以使用建模助手中的桁架建立。確認當前單位體系是kN，m模型>節(jié)點>建立節(jié)點坐標（0，0，0）模型>單元>擴展單元全選擴展類型>節(jié)點-線單元單元類型>桁架單元；材料>1:Q235；截面>2：4L120*10生成形式>復(fù)制和移動復(fù)制和移動>等間距>dx,dy,dz>（0，0，1）復(fù)制次數(shù)>(10)?建立余下三根豎桿：模型>單元>復(fù)制和移動，全選，在x方向復(fù)制間距1m，生成第二根立桿。模型>單元>復(fù)制和移動，全選兩根立桿，在y方向復(fù)制間距1m，生成剩下的兩根立桿。建立橫向支撐和斜撐單元：模型>單元>建立連接相應(yīng)節(jié)點，生成一個節(jié)間的橫向支撐和斜撐。打開節(jié)點號顯示單元類型>桁架單元；材料>1:Q235；截面>1：2L75*8節(jié)點連接（1,12）（1,13）（13,3）（2,13）選擇（可轉(zhuǎn)換視角，切換到頂面來選擇）剛建立的兩個橫撐和一個斜撐，模型>單元>復(fù)制和移動，形式>復(fù)制，等間距>（0,0,2）,復(fù)制次數(shù)>4次，適用生成兩個立桿間的支撐建立頂部兩個立桿之間的橫向支撐模型>單元>建立單元類型>桁架單元；材料>1:Q235；截面>1：2L75*8節(jié)點連接（11,22）建立兩個立桿間的塔頂橫撐建立其余三根豎桿間的支撐：可以利用已經(jīng)建立的橫撐和斜撐通過單元旋轉(zhuǎn)的方式生成相鄰立桿間的支撐。關(guān)閉節(jié)點號選擇已經(jīng)建立的橫撐和斜撐，可以通過在樹形菜單雙擊1號截面，則使用1：2L75*8截面建立的單元被選擇模型>單元>旋轉(zhuǎn)復(fù)制（1），角度（90），繞（z）軸，生成相鄰的橫向支撐同理建立其他的支撐（注意：剩下兩邊的橫向支撐，定義旋轉(zhuǎn)軸使用：繞兩點定義的軸，選擇相應(yīng)的豎桿）注：旋轉(zhuǎn)角度以右手定則為準。因此定義豎桿為旋轉(zhuǎn)軸時應(yīng)該自下而上選擇兩點。切換到頂面，建立角點的支撐，然后使用單元>復(fù)制和移動，在z向復(fù)制10次。（選擇單元時可用選擇新建立的個體選項，可快速選中剛才生成的單元）模型〉單元〉建立單元類型〉桁架單元，材料（1：Q235），截面（1：2L75*8）節(jié)點連接（22,33）通過新建項目選擇剛剛建立的塔頂支撐單元模型〉單元〉復(fù)制和移動形式：復(fù)制，等間距dx,dy,dz：(0,0,-1)復(fù)制次數(shù)：10?添加邊界條件利用平面選擇，選擇z=0的平面，激活，添加底部的邊界條件模型>邊界條件>一般支撐D-all（開），R-all（開），全選，適用。添加荷載工況荷載>靜力荷載工況，添加自重和單位力荷載>自重>z(-1),添加自重用平面選擇，選擇z=10m的平面，荷載>節(jié)點荷載>FZ（-0.25kN），添加節(jié)點荷載。定義屈曲分析分析>屈曲分析控制，定義屈曲分析控制