江苏杰达钢结构工程有限公司专业制作拱形波纹钢屋盖结构。在从事金属装盖结构工程施工时，经常需要为该结构出具受力计算书。通过建立有限元模型，设计院专业人员可以深入研究结构的荷载与受力、支座边界条件等关键参数，这是现代结构设计的重要手段。
为利用有限元软件包ABAQUS模拟波纹拱的实际情况，采用简化方法，即将带有小波纹的腹板和下翼缘等效成大小和厚度都相等的正交各向异性平板。其两个方向的等效弹性材料常数可由试验直接获取。
根据文献和试验分析，以18米跨、拱高4.5米、彩板厚1.0毫米的MMR-238拱型波纹钢屋盖腹板和下翼缘为例，获得两个方向的等效弹性拉伸模量、剪切模量和泊松比。材料应力、应变关系假设为弹塑性两段线，屈服强度取设计值235N/mm²。
由于波纹拱形屋面的厚度比其他两个方向的尺寸小很多，在建立波纹拱有限元模型时采用薄壳单元。具体为ABAQUS有限元软件中四节点缩减积分单元S4R。这种单元形式能够准确反映薄壳结构的力学性能。
网格的划分时考虑了单元规则性、结果收敛、计算结果的精确和计算成本等因素。不同的模型的网格大小各不相同，一般为150-200个单元。合理的网格划分既能保证计算精度，也能控制计算成本。
由于波纹拱是弧形的，不便直接施加竖向均布荷载，因此建模时在波纹拱上施加均布的体积力。根据所加体积力的大小可等效计算出相应竖向均布荷载。这种方法既保证了计算的准确性，也便于模拟实际工程中的复杂荷载情况。
在实际工程中，波纹拱是通过自攻螺丝将下翼缘端部与下部结构连接的。因此在模拟支座边界条件时，将波纹拱两端的下翼缘直边设为铰支座，两侧的弧边设为能够在竖向平面内移动的滑动支座。这样的支座条件既符合实际工程，也能准确反映结构的受力特点。
由于波纹拱结构的刚度较小，在外荷载作用下结构会产生大变形，从而引起结构的刚度发生变化。因此在分析中必须考虑结构的几何非线性。忽视这一点会导致计算结果严重偏离实际情况。
本文直接采用ABAQUS 6.4中的Riks、General模块，在同时考虑材料和几何非线性的前提下，计算波纹拱在竖向荷载作用下的极限承载力及破坏模态。通过这样的分析，可以找出波纹拱顶点竖向位移与外载之间的关系曲线，为工程设计提供指导。
按照上述建模方法，选取3片波纹单拱为模拟计算单元在ABAQUS有限元软件中建立模型。这样的选择既能反映结构的整体特性，也能控制计算规模。
拱形屋面是一种复杂的空间结构，其受力性能受多个因素影响。通过有限元模型，可以准确计算结构的内力分布、变形规律和承载能力，为设计和施工提供可靠的技术依据。这比传统的估算方法更加科学和准确。
几何非线性是指结构在大变形过程中，刚度会随着变形而改变。对于拱形屋面这样刚度较小的结构，这一效应特别重要。不考虑几何非线性会严重高估结构的承载能力，可能导致结构在实际使用中出现问题。
拱形屋面有限元模型的建立是现代结构设计的重要手段。通过合理地选择单元类型、划分网格、设定材料参数和边界条件，以及考虑几何和材料非线性，可以准确预测拱形屋面的受力性能和承载能力。江苏杰达钢结构工程有限公司与设计院合作，运用先进的有限元分析技术，为拱形屋面工程提供详细的受力计算和设计支持，确保工程的安全和可靠。
