上弦和下弦支撑的异形平板网架竖向稳定性对比分析

上弦和下弦支撑的异形平板网架竖向稳定性对比分析
于洲欢
【摘要】异形平板网架在料场封闭工程中应用较多.通过使用有限元软件ANSYS 分别对上弦支撑和下弦支撑的同一个异形平板网架进行弹塑性屈曲分析,比较不同工况组合下结构的竖向位移和稳定系数,发现上弦支撑的异形平板网架竖向稳定性较好.
【期刊名称】《矿业工程》
【年(卷),期】2019(017)004
【总页数】3页(P58-60)
【关键词】异形;网架;稳定性;屈曲分析
【作者】于洲欢
【作者单位】中冶北方工程技术有限公司,辽宁大连 116600
【正文语种】中文
【中图分类】F279.12
0 引言
随着我国重工业的发展，钢铁产量逐步提升，而钢厂原料堆场、煤场等对环境污染的问题也受到了国家的重视，料场、煤场的封闭工作也势在必行。

但由于已建厂区的总体规划问题，料场、煤场的堆料覆盖形式常会有不规则图形，空间网格结构的形状难免为异形。

异形的立柱支撑方式分为上弦支撑和下弦支撑两种，这两种支撑
方式对网架竖向稳定性的影响较大，且相关论述较少。

1 模型概况
针对某钢厂料场封闭项目异形网架，长边为68.6～75.6m，短边为57.6m，网架净高14.5m，柱间距约为11m。

网架杆件选自徐州库，杆件材质为Q345B，柱采用φ1000X16圆钢管，柱材质为Q235B，柱底约束形式为固定约束，网架模型见图1。

图1 异形网架模型
该地区抗震设防烈度为6度，场地类别为第IV类，设计地震分组为第二组，基本风压为0.5kN/m2,考虑到当地温度问题，设置温差为±30OC。

网架上弦恒荷载为0.25kN/m2，活荷载为0.5kN/m2，基本雪压为0.45kN/m2。

模型分别考虑恒荷载、活荷载、半跨活荷载、雪荷载、温度作用、地震作用以及四个方向的风荷载等工况，利用设计软件3D3S分别对柱顶上弦支撑和柱顶下弦支撑两个模型进行静力分析，并对杆件截面进行优化设计，保证杆件应力比不大于0.85，并将该模型导入通用有限元软件ANSYS中进行下一步弹塑性屈曲分析。

2 加载方式
两个模型分别使用恒荷载工况、活荷载工况、半跨活荷载工况进行组合，组合方式见表1。

表1中的上半跨活荷载和下半跨活荷载分布见图2。

表1 屈曲分析荷载工况组合方式组合号特征值屈曲分析工况组合组合1恒荷载+活荷载组合2恒荷载+上半跨活荷载组合3恒荷载+下半跨活荷载
图2 半跨活荷载分布
3 弹塑性屈曲分析
使用ANSYS对两个模型进行弹塑性屈曲分析，分别对比两个模型在各荷载组合作用下的荷载因子-竖向位移曲线，见图3～5。

图3 满跨恒荷载+满跨活荷载
如图3所示，在组合1条件下加载的下弦支撑形式的结构在竖向位移为1.14m时，曲线达到极值点，此时稳定系数为2.92；相比较于上弦支撑形式，下弦支撑的形
式的曲线会提前达到极值点，且极值点为2.80，略低于上弦支撑形式。

可以看出，对于组合1条件下的结构竖向稳定性，上弦支撑网架优于下弦支撑网架。

图4 满跨恒荷载+上半跨活荷载
由图4得知，在恒荷载和上半跨活荷载(短跨)组合的条件下，上弦支撑形式网架在竖向位移达到9.76m时才会达到曲线极值点，稳定系数为7.48，而下弦支撑形式的网架竖向位移达到1.07m时就会达到曲线极值点，此时稳定系数为4.15，由此可知在组合2条件下上弦支撑形式网架竖向稳定性明显强于下弦支撑形式的网架。

图5 满跨恒荷载+下半跨活荷载
由图5可见，在组合3条件下，上弦支撑形式网架竖向位移为7.06m时达到曲线极值点，此时稳定系数为6.52；而下弦支撑形式网架竖向位移为1.12m时就会达到曲线极值点，稳定系数为3.52。

对比得知，对于长边半跨活荷载参与的加载形
式条件下，上弦支撑形式网架仍然远高于下弦支撑形式网架。

通过对比分析，发现两种模型的稳定系数均大于2，说明无论上弦支撑形式或下弦支撑形式的网架均满足竖向稳定性要求，但对于有半跨活荷载参与的荷载组合形式，上弦支撑形式网架稳定性均远大于下弦支撑形式网架。

对应曲线极值点所对应的荷载子步，提取两个模型在组合1和组合2条件下的屈
曲形态合位移图(见图6、7)。

图6 上弦支撑和下弦支撑屈曲形态
如图6所示，两个模型在相同组合加载条件下，上弦支撑形式网架屈曲时，短边
柱变形较大，最大合位移高达12.51m，说明结构刚度分布合理，达到曲线极值点位移时，较好地保证了整体屈曲机制。

而下弦支撑形式网架达到曲线极值点时，短边柱变形不明显，合位移达到8.4m，说明该形式结构构件性能没有充分发挥。

图7 上弦支撑和下弦支撑屈曲形态
图7、6的现象类似，且上弦支撑形式网架曲线极值点时，网架最大合位移高达14.19m，远高于下弦支撑网架。

4 结语
通过对两个异形平板网架模型的弹塑性屈曲分析可发现，平板网架模型上弦支撑形式各指标均优于下弦支撑形式，且在实际工程中，上弦支撑形式网架由于围护结构施工方便，加大了结构使用面积，节省了成本，受到设计师青睐，但同时需要考虑实际条件以及计算出柱节点可靠的连接方式，不能盲目节省成本。