钢桁梁稳定计算

Edimion

背景
国内某大跨钢桁梁
跨度160+465+160m
总体结构如下图




进行稳定验算，计算部位选取跨中位置上弦杆
这个只是一个权宜之计，因为我们没有做施工阶段分析，实桥上弦压力不会有那么大

因为实桥实悬拼的，所以钢结构自重下，合拢段不受力，而不是通常理解中的受弯矩最大。有了铺装等其他荷载的时候，合拢段才开始受力。实际工程中，还会涉及通过支座调整线型之类的问题，很麻烦，并不是一两句话能说清的。
但是我们还是以成桥状态分析，略保守。
这个桥的杆件算是比较大了，主桁所有杆件都是箱型杆件，大约2m*2m.主要板厚28mm/24mm。材质Q420.
两个典型节点构造和杆件的典型截面如图。

节点1

节点2

杆件截面

模型

整体模型

节点部位

网格划分

荷载直接加在了杆件端部
边界条件主要是在腹杆、平联、横联杆件接头处沿轴向约束，其他方向不设置约束。
但是斜腹杆方向没有设置约束，原因在于斜腹杆的方向与弦杆不垂直，但是在采用梁单元进行静力分析的时候已经考虑了斜腹杆的刚度，此时如果再考虑斜腹杆，得到的屈曲承载力将是斜腹杆+弦杆的承载力而不是弦杆的承载力。
求六阶屈曲模态，对于对称结构或者周期性重复的结构，当低阶模态中存在局部变形主导的模态的时候会存在对称的模态。两阶模态变形模式对称，承载力很接近，意味着这两个模态其实是一回事。这次的分析中，一阶模态和二阶模态各有两个，承载力相近。承载力差异的原因根据求解过程中的warning推断主要是对称面处加劲板tie的设置似乎存在些许问题。
屈曲

1&2阶模态

3&4阶模态
其他的模态都是局部屈曲（其实这四个也是），就不贴了。
在inp文件中，*end step之后，加入下面关键词：
*node file
u,
上述语句的作用是将计算结果写入.fil文件中，用于在稍后的分析中引入缺陷。
PS:还有个语句 el file ,用于写入基于单元的计算结果的fil文件。可以用于疲劳计算等后处理过程。fil文件并不能随便打开，需要后处理软件，如果想要文本格式的计算结果，可以使用node print ，会写入dat文件中，方便自行进行简单的后处理。

大变形

只进行屈曲分析是远远不够的，屈曲分析的含义是在认为结构没有缺陷（此处的缺陷是屈曲中的缺陷，指的是杆件偏心等几何偏差，不是裂纹等材料缺陷）的情况下，在给定的荷载下，所需做功最小的一种变形形式。但是没有结构是没有缺陷的，结构有了缺陷以后承载力会明显的下降。所以有时候需要进行大变形分析。

大变形分析一般都需要使用弹塑性的本构关系，本案例中采用Q420钢，因此定义屈服强度为420MPa,一般的我都会先定义弹性，在确认收敛后再增加塑性，再次计算。这次我用纯弹性没收敛，塑性却收敛的很好。可能主要还是因为弹性下缺乏合理的能量耗散机制。导致屈曲的过程很脆。
大变形中需要合理的定义初始缺陷，初始缺陷一般根据相关的施工或制造规范。我这次采用的就是铁路钢桥制造规范中规定的箱型杆件表面不平整度4mm的要求。引入缺陷使用imperfection语句：
*imperfection，file=[fil文件]，step=[step-1]
[引入第几阶模态],[缺陷大小]

求解屈曲这种强非线性问题需要采用弧长法，弧长法可以同时向LPF上升和下降两个方向搜索，收敛性比较好。如果出现弧长法不能收敛的超大变形问题，需要采用显式动力学准静态分析，通常会非常非常慢。





变形后的结果如图。

因为还没结题，源文件暂时不便提供，以后方便的时候会贴出来的。

大家需要例子的可以看看我以前做的类似的例子。

http://forum.simwe.com/thread-1244740-1-1.html

五个文件都要仿真币，实际上只下载最后一个即可。
以后我再加点理论，争取屈曲问题只看这篇帖子就够了。

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有人说在大变形计算是LPF会下降，增量呈现负值，达不到荷载中输入的LPF，这是正常的。因为结构就那么大的承载力，你要给极限承载力(注意不是屈曲荷载）1000T的柱子加1200T的荷载，是没有办法求解的。一般情况下如果做屈曲分析是为了自己用，我一般在迭代到0.85倍的设计荷载的时候就手动停止作业了，如果是出报告给别人一般会算的很长，算到0.3倍的峰值承载力，甚至更低，因为这样可以出大变形，有明显塑性区的云图，比较好看。
如果你非要说我往1000T承载力的柱子顶上扔一个1200T的铁块会怎么样，那是另一回事了，通常需要显式动力分析来实现。

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好多人问我斜杆的边界怎么给
可以建个用户坐标系，让任意坐标轴对着斜杆轴线
然后就很容易了

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2020-05-04更新

去年又录了稳定的课程，免费的，不过需要注册下，大家可以看看，视频课第一讲比较偏理论，第二讲有一个例子

Edimion

zsq-w 发表于 2018-2-5 21:39
赞一下 lz 的大作

说一点我的理解，不一定正确，下文没有特殊说明均指缺陷不敏感结构：
首先，模态是没有单位的，但是模态在输出的时候进行了归一化，也就是说在计算模态的时候，得到的计算结果，位移最大的一点会被表示为1，这一点可以见帖子里的屈曲模态的截图。标尺上的最大位移为1。

然后需要对模态进行判断，就是说需要判断所求得的屈曲模态对应的变形形式属于哪一种几何缺陷。这里需要解释屈曲模态的含义，屈曲模态是指在屈曲荷载下，不具有几何缺陷的理想构件（此处的理想主要指的是构件平直，受压构件没有偏心）具有最小承载力的变形形式。简单地说就是可以理解为构件的最不利变形模式。此种变形模式下对应的是构件的最不利承载力。因此一阶模态就成为结构的最不利缺陷。前面讲到过，模态只是一个比值，是不代表具体的数值的，我们需要确定一个具体的数值。确定几何缺陷数值的方法一般是取制造标准的允许值。但是构件的制造标准对不同的缺陷有不同的要求，比如板件的不平整度最大为4mm，而我们的一阶屈曲模态的变形模式是板件的平面外翘曲，两者是项对应的，所以在imperfection命令中，缺陷的数值为4倍（采用mm-t单位制）。如果一阶屈曲模态是杆件整体侧挠，就要取制造标准中杆件偏心的允许值。

总结：模态是一种广义坐标，归一化以后的模态是屈曲形式空间（类似振型空间)中的单位向量。实际的缺陷=模态*倍率
类比： 比如位于平面直角坐标系中沿X轴振动的弹簧振子，其振型为1，此处的1 表示X轴方向的单位向量，如果单位为mm。那么你想表示振子的位置，应当如何表示呢。应该是一阶振型乘以一阶振型对应的倍率

深究的话请看任意结构动力学教材中振型分解法的相关章节，这部分知识稳定的教材讲的并不是很好

江南2016

厉害厉害~~~

3qs

感谢分享！

zsq-w

赞一下 lz 的大作

1. 我这次采用的就是铁路钢桥制造规范中规定的箱型杆件表面不平整度4mm的要求。引入缺陷使用imperfection语句：
   
2. *imperfection，file=[fil文件]，step=[step-1]

复制代码

和lz探讨下，不平整度4mm，lz是如何具体体现在imperfection语句的？

wangkunbo0807

感谢分享

18851400369

请教一下楼主，做线性和非线性去屈曲分析的时候，外荷载分别需要怎么输入？

Edimion

18851400369 发表于 2019-10-16 14:32
请教一下楼主，做线性和非线性去屈曲分析的时候，外荷载分别需要怎么输入？ ...

线性： 输入设计荷载，这样得到的屈曲特征值正好是安全系数
非线性也一样，没啥特殊的，直接移植静力模型即可

南树先生

良心楼主

蜗牛会游泳

感谢lz，学习了

CAE_liker

感谢楼主，学习了

lxy123

感谢lz，学习了