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基于ANSYS某商场旋转楼梯钢结构受力分析

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【工程概况】

某商场旋转钢结构楼梯,采用Q345B钢材,结构层高3.7m,踏步宽1.5m,内圈直径3.5m,外圈直径6m。楼梯两端均与框架梁铰接,踏步板截面:□100x100x5,楼梯主梁截面□250x150x8。采用ANSYS对其进行结构受力计算分析。

【材料参数】

本次计算只考虑弹性计算,材料参数如下:

弹性模量:200Gpa;

密度(考虑节点连接,保守估计对结构密度放大1.1倍):7850*1.1=8635kg/m^3

泊松比:0.3

【荷载参数】

本次计算考虑恒载与活载的最不利组合,附加恒载按0.6,活载按3.5考虑。

【结构建模】

本次建模通过先建立节点,然后建立单元的方法进行,结构单元采用Beam188。首先对原结构进行一定的简化,计算出各个节点的三维坐标。通过N命令建立节点,然后通过E命令建立单元,值得注意的是,此处除了仅仅建立结构本身需要的节点外,还需要建立结构主梁所需要的方向点。结构模型如下:

【荷载加载】

1、边界条件设定:楼梯两端通过预埋件与混凝土框架主梁相连,理论上该连接具有半刚性特点,介于铰接和刚接之间。若支座采用完全刚接计算,结构相应的位移和应力都很小,偏于不保守;若采用弹簧模拟框架梁与楼梯的连接,由于弹簧参数的取值业内并没有统一认识,具有太多随机性,所计算结果并不具有可靠性,故而本次模型偏保守的采用铰接支座。

2、荷载计算

1)楼梯自重,重力加速度取9.8

2)附加恒载:附加恒载投影计算值取0.6Kpa,折算为线荷载,踏步宽400,故折算为线荷载P1=0.4*0.6=0.24KN/m

3)活载取值:商场楼梯活载考虑3.5Kpa,折算为线荷载,踏步宽400,故折算为线荷载取值P2=3.5*0.4=1.4KN/m

3、荷载工况

1)标准荷载工况:自重+附加恒载+活载

2)基本荷载组合:分1.2和1.35组合,经计算,1.2组合为控制工况,也即1.2*(自重+附加恒载)+1.4*活载

4、荷载加载

由于本次计算只是线性计算,为了避免后续工况需要乘以系数由此带来的操作不便,在实际计算中,直接对荷载值乘以相应的系数,本次加载命令流如下:

Acel,,9.8*1.2

esel,s,sec,,2

sfbeam,all,2,pres,2.248e3

allsel,all

其中2.248=1.2*0.24+1.4*1.4

【计算结果】

1、结构位移云图

2、位移矢量图

3、最大位移差

4、主梁弯矩图(MZ)

4、主梁弯矩图(MY)

5、主梁轴力图

6、主梁剪力图

7、踏步板弯矩图

8、踏步板剪力图

9、踏步板轴力图

10、主梁单元Y侧应力云图

11、主梁单元Z压应力云图

【总结】

通过上面的分析可知,结构在最不利工况下的最大位移值为7.57mm,发生在外侧接近中级平台位置,结构最大差值大约为4mm,发生在平台位置。

结构主梁最大弯矩为16KN.m,最大剪力为8KN,最大轴力为86.6KN,主梁Y侧最大正应力为37.9Mpa,Z则最大正应力为38Mpa,静力计算结果满足规范要求。

当然,还可提取内力值,根据《钢标》手算应力值,以查看是否满足规范要求。

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首次发布时间:2019-03-02
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