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2024-02-15

杆件结构稳定性分析中截面翘曲的考虑

本文将向您展示如何结合使用扭转翘曲(7 自由度)附加功能和结构稳定性附加功能,在进行稳定性分析时将截面翘曲作为一个附加的自由度来考虑。

本文通过一个实际案例,向您展示如何对图 1 所示钢结构厂房进行弯扭屈曲分析。您也可以将本文视为题为 使用 RFEM 6 和 RSTAB 9 中的结构稳定性模块确定临界荷载系数 一文的续篇。那篇文章展示了如何使用“结构稳定性”模块,计算三维模型的屈曲荷载系数及相应的屈曲模态。

根据上一篇文章的静力分析结果可以看出,在对该结构进行稳定性分析时必须考虑翘曲扭转(即所施加的荷载产生了弯矩 My,因此主梁也可能出现弯扭失稳问题)。

下面将介绍如何结合使用“翘曲扭转(7自由度)”模块与“结构稳定性”模块,在稳定性分析中将截面翘曲作为一个附加自由度加以考虑。需要注意的是,该计算针对的是整体模型,因此相邻杆件的刚度以及所定义的支座条件均会被自动计入分析中。

如图 2 所示,您可在“基本数据”对话框中找到“翘曲扭转”和“结构稳定性”两个模块。需要注意的是,在 RFEM 6 和“翘曲扭转”模块中,翘曲变形仅与杆件相关,因此无需定义全局支座条件。

此外,程序默认假定杆件两端的截面翘曲不受约束。因此,您需要使用杆件横向加劲肋在杆端定义翘曲弹簧,以考虑翘曲刚度或翘曲应力。更多信息请参阅知识库文章 使用 RFEM 6 / RSTAB 9 的新模块“翘曲扭转(7 自由度)”进行弯扭屈曲分析

由于默认情况下杆端为自由翘曲,因此相邻杆件之间不会传递翘曲力矩。换言之,在进行翘曲分析时,每根杆件均作为独立构件进行计算,即每根杆件可在其端部自由翘曲。若需要在相互连接的杆件之间传递翘曲效应,您可以定义一个杆件集。在本例中,该钢厂房结构的主梁即被定义为独立的杆件组,如图 3 所示。

在这里,可以将 7 自由度杆件分析与 6 自由度杆件分析中的荷载作用点进行比较。当其他构件与采用 6 自由度计算的杆件相连时,由这些构件产生的剪力会作用于剪切中心。

然而,在进行 7 自由度杆件计算时,连接点被视为位于截面的重心(即截面形心)处,而且所定义的杆件荷载也同样作用于该点。为了在分析中解决这一问题,您可以定义杆件偏心或使用刚性杆来模拟此类连接。在本例中,荷载作用点通过图 4 和图 5 所示的偏心设置来定义。


接下来,可以按照知识库文章 使用 RFEM 6 和 RSTAB 9 中的结构稳定性模块确定临界荷载系数 介绍的方法定义稳定性分析的各项设置。也就是说,您可以选择分析方法,并设置图 6 所示的其它相关选项。

如上述文章所述,稳定性分析可针对荷载工况、荷载组合或设计状况分别进行。在本例中,稳定性分析针对的是承载能力极限状态设计状况,如图 7 和图 8 所示。因此,您可以计算该设计状况,并以与上述文章相同的方式获得计算结果。


最后,您可以执行计算,并获得考虑了截面翘曲扭转效应后的稳定性分析结果。在静力分析概览表中,您可以看到所有荷载组合中最临界的荷载系数(图 9),以及该临界荷载系数所对应的控制荷载组合。通过这种方式,您可以打开特定荷载组合的稳定性分析结果,并查看相应的屈曲模态。


作者

Kirove 女士的职责是撰写技术文章并为 Dlubal 软件的客户提供技术支持。

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