[分享]钢节点细部与结构整体协同分析方法

作者:星辰一粟 时间: 2019-05-31 00:00 阅读:

 关键词1:协同分析 

看到这个标题时,可能好多人不理解什么叫协同分析。所谓协同就是协同变形共同受力,而不是孤立的分析某个部位。这么说有点抽象,举个例子,以前大家做由大跨钢结构与混凝土结构混合而成的结构设计时,由于计算软件和硬件能力有限,两种结构分开计算。钢结构在钢结构设计平台上做,混凝土部分简化为支座,混凝土结构在混凝土结构设计平台上做,钢结构简化为荷载和钢梁。这么做的好处是简化了分析对象的自由度,能提高效率。但是对不同的项目,会带来不同程度的误差,原因在于混凝土结构的刚度在钢结构设计中很难考虑准确,钢结构的刚度对混凝土结构的影响(尤其是动力特性)也很难考虑准确,刚度不准确,内力势必也有差异,所以一般在做完独立设计后,会做一个整体模型的协同分析,检验设计的安全性。
    
钢节点细部与结构整体协同分析方法_1 钢节点细部与结构整体协同分析方法_2
图1-1节点单独分析结果
钢节点细部与结构整体协同分析方法_3钢节点细部与结构整体协同分析方法_4
图1-2节点与整体协同分析结果

对于节点细部分析其实也存在同样的问题,节点作为结构整体的一部分,经常被孤立出来基于简化后的边界做分析,也存在上述边界刚度不准确带来的误差。其次,还存在另外一个问题,那就是孤立节点做细部分析时,需要添加杆件的内力,如果不是二力杆,则需要添加局部方向的轴力、剪力、弯矩,在杆件较多的情况下,该工作较为繁琐,容易出错。再次,组合工况一般都非常多,杆件设计都是保证所有工况下安全,节点设计是否也应该如此,而不是选择其中一两个进行验算?如果每个工况都验算的话,手动提取内力添加内力基本不现实。而节点细部模型与杆系模型协同分析则可以避免上述三个问题。那么如何进行呢?只需要三步:

  • 1-整体分析软件(比如midas/Gen)中导出节点周围杆件的定位轴线为DXF


  • 2-细部分析软件(比如midas/FEA)中导入DXF进行节点细部建模,导出网格数据(比如mgt


  • 3-整体分析软件中导入节点细部网格(实体或壳),添加与整体杆系协同变形的边界(比如刚性连接),进行整体分析,判断结果。



视频结论:
1.传统单独对节点进行细部分析时,手动添加杆件内力非常麻烦,难以同时分析所有工况。
2.由于单独节点分析时,需要对边界条件进行简化,带来的误差有可能使得计算应力偏大(图2),也有可能偏小(图1-1,1-2)。
钢节点细部与结构整体协同分析方法_5
图2 视频中的案例对比



关键词2:midas/FEA

目前市面上能做节点有限元分析的软件很多,也用过一些,在我看来midas/FEA相比有以下优势:
  1. 专门为土木领域结构仿真分析定制研发,没有其他领域的繁杂功能,方便理解学习。
  2. 灵活的工作平面设定(法向和三个点均可定义工作面),方便建模定位,无需复杂的装配定位。
  3. 丰富的曲线建模、曲面建模、实体建模、布尔运算等几何功能。
  4. 精确的网格密度控制功能(线播种:渐进变化)
    钢节点细部与结构整体协同分析方法_6
    图3-应力集中区域网格加密

    钢节点细部与结构整体协同分析方法_7
    图4-局部网格加密与均匀网格结果差异
5. 分析工况设置功能(网格、边界、荷载自由组合,考虑不同情况)
钢节点细部与结构整体协同分析方法_8
同一个模型中,允许不同网格、边界、荷载的组合,可以一次性计算多种情况(例如加劲板的设置与否对结果的影响,不同极端边界条件对结果的影响等)

总结:
  1. 一个完美的建筑,缺少不了结构的支撑,而一个结构即使杆件设计的再保守,没有了牢靠的节点也发挥不了作用。
  2. FEA是一款功能齐全,简单易用的细部分析软件,作为Midas的系列软件与建筑结构整体分析软件Gen和桥梁结构整体分析软件Civil有良好的数据接口,是结构分析和设计的有力工具,为结构的安全保驾护航。

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