文档介绍：石河子大学学报(自然科学版)
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跨路门风载作用的!"#$# 有限元分析
陈冬华,顾正虎,刘卫群
(中国矿业大学理学院,江苏徐州!!&""()
摘要:对跨路门的主要外载荷进行分析,得出风载荷是跨路门的主要外载,运用有限元法原理,使用 CA:F: 软件对
跨路门在风载作用下进行分析,得出结构位移和应力图,结果表明在风载荷作用下跨路门最大位移发生在纵向。
关键词:有限元;CA:F:;应力;位移
中图分类号:G<EDH 6H 文献标识码:C
在城市之间交界处的主干公路上,通常可以看到( ),
%+ I * -+ J -,
作为二个城市交界标志的跨路门,跨路门一般都是由( )。( )
%, I * -, J -+ %
数百根空心钢管焊接而成的大型空间桁架结构。就
将式(%)以矩阵形式来表示,可以写成
其结构特点来讲,跨路门属于空间桁架结构,有一定
%
+ * J * { }。( )
的刚度,较稳固,在没有外载荷的情况下不会发生大{ } I [ ] -+ I -, H
%, J * *
的变形,但因其材料都是钢管,自重比较大,尤其是在
式(H)右边部分第& 项即称为空间刚度矩阵。
大跨度的情况下,考虑自重的影响也显得比较重要。对于复杂的空间桁架结构来说,可以离散成大量基
除了自重以外,跨路门承受的最大外力是风载荷。在本单元,进行上述运算,通过大型有限元分析软件
强风的作用下,跨路门结构可能承受不了过大的风载
CA:F:,进行具体实现。
荷,从而引起结构因过大的变形或者某处过大的应力
而发生断裂,以至整个跨路门的坍塌。
% 有限元原理和结构主要载荷分析
% &% 桁架单元的有限元理论
空间刚度矩阵的推导:
图桁架结构基本单元
设置杆的长度为、截面面积为、杨氏模量为%
! " % &’风载荷
#,受$ 轴方向的拉力% 作用后,假设此杆件的位
风载荷包括! 种:稳定风和脉动风。稳定风是一
移沿着$ 轴方向,位移量为&。受力后位移量与原种速度、方向基本上不随时间变化的风,周期较长,其
来长度比非常小,所以不需要假设位移函数。而由性质相当于静力作用;脉动风是不规则运动的风,有
材料力学理论知,伸长量与作用力的关系为: 强烈的随机性,周期较短,其性质相当于动力作用。
, ( )
! I ’(! ) "#" ’( I "#!) ! & 对于工程结构设计计算来说,风力作用的大小
而有限元法整体平衡方程为: 最好直接用风压来表示,风速越大,风压越大。推导
% I *$。(!) 风速与风压的关系式。
式( )中, 为刚度系数,将式( )和( )对照后可以
! * & ! 文献& 中伯诺里方程
得到:
/ -! 。( )
。( ) . K K I 1 #
* I "# ) ! E " ! 0
式( )中, 为积分常数, 为压力, 为重度, 为流速。
由图& 所示,假设杆件二端分别