在杆件结构的稳定性分析中考虑截面翘曲

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Warping is a behavior of beams to resist torsion that results from in-plane deformation of the cross-section. 该方法尤其适用于薄壁截面单元(例如工字钢和工字钢截面)。 在 RFEM 6 和 RSTAB 9 中计算杆件时,如果要额外考虑截面翘曲,那么可以使用翘曲扭转 (7自由度) 模块。 该模块完全集成在软件中,您可以将其与结构的一阶、二阶和三阶分析结合使用,也可以与稳定性分析模块一起使用,以确定计算例如扭转屈曲和弯扭屈曲的临界荷载系数和屈曲模态。

本文将介绍一个实际示例,说明如何对图 1 所示的钢结构厂房进行弯扭屈曲分析。 本文是 RFEM 6 和 RSTAB 9” 中使用“结构稳定性”模块,其中介绍了如何使用“结构稳定性”模块确定该 3D 模型的临界荷载系数以及相应的稳定性模式。

尽管如此,上述文章指出,由于静力分析的结果(即施加的荷载产生弯矩 My,所以在结构的稳定性分析中考虑翘曲扭转是必要的,所以计算主梁的弯扭屈曲问题)。 下面将介绍如何使用“翘曲扭转(7自由度)”模块和“结构稳定性”模块,在进行稳定性分析时额外考虑截面翘曲。 由于计算是在整个模型中进行的,所以需要注意的是,相邻杆件的刚度或者定义的支座条件都会被自动考虑。

如图2所示,在基础数据中可以找到翘曲扭转和结构稳定性模块。 您必须知道,在 RFEM 6 和“翘曲扭转”模块中,翘曲只与杆件相关联,因此不必定义全局支座条件。 此外,默认情况下杆件端部的翘曲被假设为畅通无阻。因此,您应该使用杆件横向加劲来定义杆件末端的经弹簧,并考虑翘曲刚度或翘曲应力。 更多相关信息请参见知识库文章 RFEM 6/RSTAB 9” 的翘曲扭转 (7自由度) 模块。

因为假设杆件末端的翘曲是不受阻碍的,所以相邻杆件之间没有动量传递。 换句话说,在翘曲计算时,所有杆件都将被单独考虑(即单个杆件在其末端可以自由翘曲)。 要在连接的单个杆件之间传递翘曲,可以定义一个杆件集。 在这方面,钢结构厂房的主梁被定义为单独的杆件集,如图 3 所示。

此时,在计算有 6 个自由度的杆件时的荷载施加点和计算有 7 个自由度的杆件时的荷载施加点之间可以定义平行线。 即,如果在杆件上连接有 6 个自由度的杆件和其他对象,则在剪力中心引入其他分量的剪力。 在计算有 7 个自由度的杆件时,连接点被认为位于重心(即截面的重心),并且杆件荷载定义作用在这里。 为了在分析中解决这个问题,您可以定义杆件偏心或使用刚性杆件来定义这种连接。 在这方面,本例中的荷载施加点将使用图 4 和图 5 中显示的偏心距来定义。

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”。中介绍的方法定义稳定性分析设置。 即,您可以选择分析方法,并考虑图6中显示的其他选项。

正如上一篇文章中所讨论的,可以从荷载工况、荷载组合和设计情况的角度来考虑稳定性分析。 在本示例中,如图 7 和图 8 所示,稳定性分析是按照承载能力极限状态进行考虑的。 因此,您可以按照上面文章中介绍的方法计算这种情况并获得结果。

最后,在考虑截面翘曲扭转的情况下运行计算并获得稳定性分析结果。 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),以及与该临界荷载系数相关的主导荷载组合。 这样您就可以打开特定荷载组合的稳定性分析结果,并显示相关的模态。

作者

Irena Kirova, M.Sc.

Irena Kirova, M.Sc.

营销和客户支持

Kirova女士负责撰写技术文章,并为Dlubal客户提供技术支持。

关键词

弯扭屈曲 稳定性分析 翘曲扭转

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  • 更新 2022年07月24日

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