钢结构非线性分析

１ ． ２ 材料 非线性 。 材 料非 线性的产生 主要是 因为不 同的材 料其弹性 的， 没有较大的数 据出入 。 由于 影响钢结 构非 线性分析的 因素 比较多， 为了简化流 程， 节约不 必要的人力、 财 力投 入， 我们 和承重 数值存在 差异性 ， 这种 差异性 直接影 响建筑 施工 。 目前， 技术人 操 作起来难 度极高， 并在此 基础上绘画出各个 节点随 员将材 料 的非线 性简单 的划 分为两个方 面 ， 其一 是 随着应 用实践 的延 只将一 个构建笼统 划分在一 个单元 内， 长而产生 的弹性 问题， 其二是 不受应用时 间影 响的弹性 问题 。 本质上来 着承 重力的加 大而出现的数值 变化 曲线图， 通过对 曲线图的数学分析， 我 们可以得 出结论 ， 此 时结 构的位 移变 化与结 构的承 重力是不成 线性 说二者 没有太 大的区别 ， 可以遵守基 本的力学应 用和建筑学应用理论 ， 所以 人们没有对 该领域 进行深 度的 分析和研 究 。 二者的 差异集 中表现 比例结 构的， 也就是我们所说 的非线性 结构。 在卸载 的具 体路径不 同， 受 到文章 篇幅 的限制 ， 这 里就 不再进行系统的 ３ 结 语 综 上所 述 ， 通过笔 者对钢材 结构 的建模 分析和 模型数 据测量与实 分析 。 验， 我们 可以确定钢 材料 的承 重与其 弹塑性数 值相关 ， 换 言之 ， 进行钢 １ ． ３ 边界非 线性。 边界非 线性 通常都发生在建筑 施工 的边 界位 置， 受到 施工建 筑工人 主管思 维意 识的影 响 比较大 ， 同时也 因为工程 建筑 结 构 的非线性 研究会 对钢材结 构 的承重数值 造成较 大的影 响 ， 所 以施 施工 的实 际请款而 存在 较大 的差异 性 ， 所以 不能对 其进行具 体 的划分 工建筑 单位在进行 建筑 施 工时需 要对 该数据 进行 准确分析 ， 以全面提 和讲解 ， 同时， 所有的边界非 线性 问题都 可以利用 工程 非线性观 点和材 高建筑施 工的质量 。 料的 非线性观 点进行处 理， 所以文 章中就不对其进行具体 的阐述 ， 施 工 人员只有不 断的提升 自身的业务水平 ， 才能较好 的处理好 边界 非线性 问
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钢结构非线性分析
李辉 信息产业ｍ ＿ ， － ． ７ － － 第十一设计研究院科技工程股份有限公司
理论上数值 的测定既有一定的难 度， 同时对于现 实的 【 摘 要】钢结构 的线性结构和 非线性 结构是 当前钢 材应 用的两个主 施 工建设 的实 际，
要 方 面。笔 者 结合 当前施 工 现 状 ， 通 过 对 实际 案 例 进行 剖 析 ， 具 体 论 证 和
【 关键 词】 钢 结构； 非线性 ； 有限元
２ 、 有 限 元模 型
在 用有限 元软件对 结构 的非 线性受 力性 能进 行模拟 分析时 ， 合理
钢结 构 由于其耐腐 蚀性、 价 格低 廉、 施 工技术难 度低等优 势， 而逐 的本构 模 型、 屈服 准则以及模 型的与 实际结构 的相似性 是保 证结 构准 渐成 为建材 市场 的主导材 料， 越 来越 多的建 设施 工单位选 择使 用钢结 确 性的关键 。 材 料 的弹性行 为可以用 弹性模 量和 泊松比来 描述 ， 塑性 行为可以 构材 料 。 随 着建 筑 施工 的结构 逐渐 复杂化 ， 一 些建筑 结构 对于 刚才 的 用屈服 点和屈服 后的硬化 来描 述 。 从 弹性 到塑性行为 的而转 变发生在 耐性 和 柔韧 性 以及 承重性能 的要求逐 渐的 提高 。 例如大 跨度 的桥梁 ， 应变 曲线 上的某个 确定点 ， 即所谓的弹性极 限或 屈服 点。 金 弧 度数值 大的建 筑结 构等 ， 这 就要求 技术人 员进 行不断 的数字运 算和 材料应 力一 在 卸载 后可以完全恢 复。 结构 分析， 以强化钢材 料的使用效能 ， 进一 步提高钢结构 材料 的应用 市 属在到达屈服 点之前 的变形只产生弹性应变 ， 然而 ， 一旦在金 属 中的应 力超 过了屈服应 力， 开始产生 永久 （ 塑性 ） 变 形。与这种永久变 形相关 的应 变称为塑性 应变 。 在 屈服后的 区域 上， 有 １ 、 结 构非 线 性 问题 一旦材料 屈服， 金 属的刚度会 结 构设 计方法从传统 的容许应 力设计法 发展到 了基于概 率统计 的 弹性和 塑性应 变积累形成了金属的变 形。 极 限状态设计 法。 传统 的容许应力设计 法是基于 线弹性理论 ， 依 照经验 显著下降 。 已经屈服了的延性 金属在卸载后将恢 复它 的初 始弹性刚度， 选取一定的安 全系数， 以构件危险截 面某 一点的计 算应 力不超 过材料 的 而材 料的 塑性变形 通常会提高材 料在 继续 加载 时 的屈 服应 力， 这一特
场。
容许根 性称为工作硬化 。
据 经验确定 的数值 ， 没有考虑 不同结构之 间的差异 ， 不能保证不 同结 构 屈服 条件是指 物体 内一点的材 料进 入屈 服时， 该 点的应 力需 要 满 足的条件 ， 一般用 屈服 函数ｆ （ 。 ｉ ｊ ） 表示 ， 屈服条件表 示为 ， 对于金属 材 具 有同等的安 全水平。 一 般假 定为理 想弹塑性材 料， 各 向同性 ， 且拉伸与压缩 的屈服 条件 目 前物 理学上对于 非线性 问题的界定还 不是很 明确 ， 通常来说 ， 工 料 ， 程 建筑 施 工中应 用的实 际操作 问题 都可 以笼统 称之 为非线 性结 构 ， 具 保持 一致 ， 即忽略 Ｂ ａ ｕ ｓ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｅ ｒ 效应 的影 响， 通常采用Ｖ． Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 屈 服条 １ Ｔ ｒ ｅ ｓ ｃ ａ 屈服条件 ， 在有限元分 析 中通常只使用Ｖ． Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 屈服条件。 体 的包括 以下三个方面 ， 下 面将对其进行具 体的分析 和介绍 ， 希望能 够 件￣ Ｖ． Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 屈服条件表 述为： 给相 关的技 术人 员一些必要 的参考 ： 有限元 模型的建立必须要 满足以下三个假定 ： 其一 ， 假定材料 的区 １ ． １ 几何非线性 。 通常情况下需要在钢 材未 发生任 何变型的前提下， 不对 元模型的建 构产生影 响； 其二 ， 试 验和 设计过 程 中所 进行平 衡模 型的数 据建立 ， 而之后发生 的小范 围的变 型， 可 以不考虑 进 服数值极 小 ， 去。 但是 ， 在 变型数值 超 出可控 范 围内之后 ， 就需 要在 已经建 立模 型的 有应 用到 的钢 材料 构建都 是等 截面的 ， 也 就是 说所有 参加 建 模的结 构 完全符 合理论 上的数 据值 ； 其三 ， 假设 没有外力和材 基础上 ， 考虑内外力两 层数 据 ， 并根 据二者 的数值演变 进行数据记录 和 都 不存在 差异性 ， 分析 ， 最终 归纳钢 材 料 的弹性 结论 。我们把 这一 情况统 称 为几何非 线 料本省 内里的力学影响 ， 钢 材料结 构的所有节点都 是理论 上的数值 。 简 言之 ， 建立元模 型 ， 需要假 定所 有参与构建的模 板都 是理论上 近乎完美 性， 几何非线性 的影响 因素少， 因此研究难度也就 相对降低 。
指导 意义也不是很大 ， 只有 不断总结施 工建 设 的经验 ， 并进行不 断的思 才能更好 的处理边界非 线性问题 ， 寄希望于理论 研 分析 了 钢材 结构的非 线性 ， 希望能够进 一步的优 化钢材 的承 重能力， 更好 路调 整和 结构优化 ， 究， 以理论数值指导 实践 施工的思路 是行不通 的。 的应用在建设施 工当中去。