拱形屋面有限元模型的建立

我們公司簡稱杰達鋼構，專業制作拱形波紋鋼屋蓋結構。當我們從事金屬裝蓋結構工程施工的時候，我們經常需要為這種結構出受力計算書，那我們是如何出售力集團收到了，我們常規是找設計院的朋友通過建立有限元模型來研究該結構的荷載與受力支座邊界的條件。本人杰達鋼構的小編，就向大家講解一下如何使用拱形屋面建立有限元模型。

?拱形屋面使用的材料

為利用有限元軟件包ABAQUS模擬波紋拱的實際情況，本文采用文獻[5]的簡化方法，即將帶有小波紋的腹板和下翼緣等效成大小和厚度都相等的正交各向異性平板，其兩個方向的等效彈性材料常數可由試驗直接獲取。

杰達鋼構遍歷文獻通過試驗和分析得到的18m跨、拱高4.5m、彩板厚1.0mm的MMR-238拱型波紋鋼屋蓋腹板和下翼緣兩個方向的等效彈性拉伸模量、剪切模量和泊松比。材料應力、應變關系假設為彈塑性兩段線，屈服強度取設計值235N/mm2，其它參數按表1采用。

波紋拱單元與網格

由于波紋拱形屋面的厚度比其它兩個方向的尺寸小很多，在建立波紋拱有限元模型時采用薄殼單元，具體為ABAQUS有限元軟件中四節點縮減積分單元S4R；網格的劃分時考慮了單元規則性、結果收斂、計算結果的精確和計算成本等因素，不同的模型的網格大小各不相同，一般為150-200。

拱形屋蓋荷載和支座邊界條件

由于波紋拱是弧形的，不便直接施加豎向均布荷載，因此建模時在波紋拱上施加均布的體積力，根據所加體積力的大小可等效計算出相應豎向均布荷載。在實際工程中，波紋拱是通過自攻螺絲將下翼緣端部與下部結構連接的，因此在模擬支座邊界條件時，將波紋拱兩端的下翼緣直邊設為鉸支座，兩側的弧邊設為能夠在豎向平面內移動的滑動支座。

受力計算分析方法

由于波紋拱結構的剛度較小，在外荷載作用下結構會產生大變形，從而引起結構的剛度發生變化，因此在分析中必須考慮結構的幾何非線性。

本文直接采用ABAQUS6.4中的Riks，General模塊，在同時考慮材料和幾何非線性的前提下，計算波紋拱在豎向荷載作用下的極限承載力及破壞模態，并找出波紋拱頂點豎向位移與外載之間的關系曲線。

按照上述建模方法，本文選取3片波紋單拱為模擬計算單元在ABAQUS有限元軟件中建立的模型。