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2023-11-03

受扭钢杆件几何非线性计算与二阶效应理论的比较

钢结构通常由细长构件组成,稳定性对其影响非常重要。 几何非线性分析(GNA)可提供精确的结果,但是对计算能力提出了更高的要求。 GNA 进行化简。 二阶效应理论 (SOT) 在保证精度的情况下减少了数值计算的难度。 该研究涉及评估在哪个阶段的变形、位移和内力可以用 SOT 方法代替 GNA 来准确描述,特别是对于可能导致侧向扭转屈曲的扭矩和弯曲荷载。

作者
David Bonilla
学校

Bauhaus-Universität Weimar

已经使用商业软件 RFEM 按照 SOT 和 GNA 方法对该问题进行了数值分析。 进行模拟时考虑了以下变量: 4 个结构体系,2 种有限元网格,43 个截面(38 个开口,5 个闭合)和 3 种外部荷载。 每个分析都进行 10 次,在每一次中都将外部荷载增加到最大值的 100 %。 验算了临界荷载、位移、内力和应力。

结果表明,随着位移的增加,SOT 和 GNA 之间的差异越来越大。 对于荷载也有相同的行为,力越大,位移就越大,因此两种方法之间的差异也越大。

对于封闭截面,位移和内力的变化很小。 使用一维杆件单元可以简化其分析。 如果旋转是封闭的,那么旋转将被限制在截面的承载力之内。 此外,封闭型材具有出色的抗扭性能,对于这种情况可以使用 GNA 的近似 SOT 方法进行计算。

最后,根据研究的结果得出了一个阶段,在该阶段 SOT 方法以拟合曲线的形式给出了足够可靠的结果,该阶段对于 IPE 和 HEB 曲线也同样适用。 对于受弯和受扭钢杆件应该进行何种分析类型的拟合,软件提供了一种实用的拟合曲线。 选择 SOT 还是 GNA,主要取决于截面形状和荷载大小。 此外,边界条件和荷载类型也非常重要。 最后一点表明,对于不同的荷载分布,曲线仍然可以提供一个很好的估算结果。 IPE 拟合曲线也可用于 UPE 拟合。


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