拱形屋面有限元模型的建立

我们公司简称杰达钢构，专业制作拱形波纹钢屋盖结构。当我们从事金属装盖结构工程施工的时候，我们经常需要为这种结构出受力计算书，那我们是如何出售力集团收到了，我们常规是找设计院的朋友通过建立有限元模型来研究该结构的荷载与受力支座边界的条件。本人杰达钢构的小编，就向大家讲解一下如何使用拱形屋面建立有限元模型。

​拱形屋面使用的材料

为利用有限元软件包ABAQUS模拟波纹拱的实际情况，本文采用文献[5]的简化方法，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。

杰达钢构遍历文献通过试验和分析得到的18m跨、拱高4.5m、彩板厚1.0mm的MMR-238拱型波纹钢屋盖腹板和下翼缘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，其它参数按表1采用。

波纹拱单元与网格

由于波纹拱形屋面的厚度比其它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；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。

拱形屋盖荷载和支座边界条件

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。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。

受力计算分析方法

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。

本文直接采用ABAQUS6.4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，并找出波纹拱顶点竖向位移与外载之间的关系曲线。

按照上述建模方法，本文选取3片波纹单拱为模拟计算单元在ABAQUS有限元软件中建立的模型。