ansys分析深基坑钢结构内支撑的稳定性

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1、ANSYS分析深基坑钢结构内支撑的稳定性近年来钢结构支撑体系在基坑工程中被广泛采用。本文主要讲述格构式钢结构内支撑体系的ANSYS整体稳定性分析，然后与工程中常用的设计计算软件STS所得的结果进行比较，得到用该软件设计基坑支撑是经济、安全的结论。关键词：基坑支护；钢结构支撑体系；ANSYS分析；STS计算结果；比较近年来，城市里高层建筑的迅速兴起和市政工程的大量建设，这些大规模的工程建设都涉及到深基坑的支护，在支护结构中钢结构支撑体系被广泛采用[1]。本文主要对格构式钢结构内支撑进行ANSYS整体稳定性分析,然后与工程中常用的设计计算软件STS

2、所得的结果进行比较分析。图1为杭州某一深基坑工程格构式钢结构内支撑对撑计算模型，图2为对撑构件截面图，采用连续梁法[2]进行简化计算得到维护结构对对撑两端的轴力设计值为N=4208KN，对撑自重引起弯矩设计值：　　　　　　　　　　　剪力设计值：　　图1对撑计算模型图2构件截面图1.ANSYS结构屈曲分析　　屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状的技术。ANSYS的屈曲分析有两种：特征值屈曲分析和非线性屈曲分析[3]。1.1特征值屈曲分析　　特征值屈曲分析用于预测一个理想弹性结构的理论屈曲，相当于教科书中的弹性屈曲分析

3、方法。由于初始缺陷和非线性使得很多实际结构的屈曲行为不是在弹性屈曲强度处发生，所以特征值屈曲分析的结构偏于不安全，一般不用于实际的工程分析中。　　ANSYS线性屈曲分析特征值公式为：（1）　　其中，表示刚度矩阵；表示应力刚度矩阵；表示位移特征矢量；表示特征值。特征值表示给定载荷的比例因子，如果给定载荷是单位载荷，则特征值即表示屈曲载荷。特征矢量是屈曲形状。一般只对第一个特征值和特征矢量感兴趣。　　特征值屈曲分析的特点是计算速度快，在进行非线性屈曲分析之前可以利用其先了解屈曲形状，预测屈曲载荷的上限。分析步骤如下：　　(1)建立模型。只允许线性行

4、为，所有的非线性性质都将被忽略。　　(2)静力求解。一般只需要施加一个单位载荷，乘以由屈曲分析得到的特征值，即可得到屈曲载荷，必须激活预应力影响。(ANSYS的最大特征值是1000000)　　(3)屈曲求解。指定分析类型(EigenBucking)---->指定特征值提取方式---->指定特征值提取数目---->指定载荷步选项---->保存数据库备份文件---->求解。　　(4)扩展模态。重新进入求解器---->激活扩展过程及其选项---->定义载荷步选项---->展开过程计算。　　(5)查看结果。　　采用特征值屈曲分析方法对对撑进行分析时，模

5、型用Beam188梁单元，建模各单元属性见表1，边界条件见表2，荷载只需输入单位载荷，按上面讲到的步骤操作，模态提取数　　对撑各单元属性　　　表1　　建模边界条件　　表2　　选择3，经ANSYS分析得到第一、二、三各阶模态的比例因子分别为0.58757E07，0.58869E07，0.13692E+08。由于前面施加的载荷为单位载荷，所以取第一阶模态的比例因子作为模型的屈曲临界载荷，即5875700N。各阶屈曲模态形状见图3，图4，图5。由图可知第一、第二阶模态的临界载荷相差不大，屈曲时为一个波形，而第三阶模态的临界载荷与前两阶相差很大，屈曲发

6、生时为两个波形。1.2非线性屈曲分析　　非线性屈曲[3]分析是在大变形影响开关打开的情况下所作的一种静力分析，该方法用一种逐渐增加载荷的非线性静力分析技术来求解使得结构开始变得不稳定的临界载荷。此种分析较为精确，可用于工程实际中。　　(1)载荷增量的施加。非线性屈曲分析最为重要的是用一个好的载荷增量使载荷达到预期的临界屈曲载荷，打开自动时间步长功能有助于控制载荷的增量，此时程序将自动寻找屈曲载荷。　　(2)初始缺陷(扰动)的施加。特征屈曲载荷是预期的屈曲载荷的上限，可以作为非线性屈曲分析的给定载荷，在渐进加载达到此载荷前，非线性求解应该是发散的

7、；特征矢量屈曲形状可以作为施加初始缺陷和扰动载荷的根据。　　(3)弧长法。采用弧长法时一般施加比预期的屈曲载荷(如特征屈曲载荷)高出10%~20%的给定载荷，一般采用两个载荷步：第一步打开自动步长，使用一般的非线性屈曲过程，直到接近临界载荷；第二步使用弧长法使分析通过临界载荷。一般不指定time值。使用较低的平衡迭代数(10~15)。有些弧长法需要施加初始几何缺陷。　　采用载荷增量的施加方法对Beam188单元建立的模型进行非线性屈曲分析,得当载荷加至5795KN时，Φ180x10最大压应力309.979N/mm2(Mpa)，Y轴负方向的节点最

8、大位移为30.215mm，Z轴正方向的节点最大位移为39.523mm，应此5795KN即为临界载荷，ANSYS分析结果见图6。