劉陽(yáng) 王成
【摘? 要】:隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,玻璃幕墻在社會(huì)上的使用率越來(lái)越高。點(diǎn)支式玻璃幕墻承載件主要分為駁接爪及夾具兩種結(jié)構(gòu)。本文從矩形夾具層次分析,其主要目的是要求矩形夾具能夠保證安全性及受力不變形的能力。要求夾具橫向能夠承受一定的風(fēng)壓,縱向能夠承受玻璃的自重,夾具會(huì)在這些載荷作用下,產(chǎn)生橫向和縱向的彎曲變形。本文以矩形夾具為例,計(jì)算了矩形夾具受到載荷作用下的變形情況,并將理論與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,可為工程設(shè)計(jì)提供理論參考。
【關(guān)鍵詞】矩形夾具;玻璃幕墻;靜力分析
1.工程概況:
1.1基本信息:
幕墻標(biāo)高:17.00m。
基本風(fēng)壓:(50年一遇)
地面粗糙度類別:B類
抗震設(shè)防烈度:8度
設(shè)計(jì)基本地震加速度:0.20g
玻璃結(jié)構(gòu):TP15+12A+TP15鋼化中空玻璃
最大玻璃板塊:
材料:前蓋、后蓋、肋板、后支撐板
1.2荷載計(jì)算:
按標(biāo)高17.00m,角部區(qū)域計(jì)算風(fēng)壓:
(1)風(fēng)荷載計(jì)算值:
風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值:
單塊玻璃承受風(fēng)荷載:
(2)玻璃自重計(jì)算
玻璃重力密度:。
玻璃面積:
玻璃自重標(biāo)準(zhǔn)值:
玻璃自重設(shè)計(jì)值:
(3)地震荷載計(jì)算
β:動(dòng)力放大系數(shù),取5.0
α:水平地震影響系數(shù)最大值,取0.16
γE:地震作用分項(xiàng)系數(shù):1.3
單塊玻璃承受地震荷載:
(4)作用效應(yīng)組合
水平方向荷載考慮風(fēng)荷載和地震作用(最大危險(xiǎn)點(diǎn)處承受);
垂直方向考慮自重:9.88kN。
按標(biāo)高17.00m,角部區(qū)域計(jì)算
2.有限元模型基本信息:
(1)根據(jù)項(xiàng)目情況計(jì)算出水平方向風(fēng)荷載和地震作用為13.21kN,豎直方向重力載荷為9.88kN。
(2)材料主要屬性:彈性模量2.06×105MPa,泊松比0.3。
2.1 模型導(dǎo)入:
在Static Structural 模塊中導(dǎo)入模型后,雙擊Geometry啟動(dòng)DesignModeler創(chuàng)建模型應(yīng)用程序。
2.2初始網(wǎng)格:
在樹(shù)形目錄中選中“mesh”分支,在的屬性窗格中將physics preferences設(shè)置為CFD。在樹(shù)形目錄中右擊“mesh”,并選擇“generate mesh”,進(jìn)行網(wǎng)格的自動(dòng)劃分。使用視圖操作工具和三個(gè)坐標(biāo)軸來(lái)檢查網(wǎng)格的劃分情況。
2.3荷載施加過(guò)程:
(1)施加固定約束:選擇4個(gè)螺栓桿內(nèi)圓柱面為固定面。
(2)施加載荷:首先進(jìn)行正風(fēng)壓方向的分析,水平方向設(shè)置垂直于后蓋內(nèi)表面載荷為13210N,豎直方向設(shè)置垂直于后蓋中間肋板上表面載荷為9880N。下一步進(jìn)行負(fù)風(fēng)壓方向的分析,水平方向分別設(shè)置垂直于后蓋內(nèi)表面載荷13210N,方向與正風(fēng)壓相反,豎直方向與正風(fēng)壓是荷載施加方向相同。
2.4求解:
總應(yīng)力分布云圖,正風(fēng)壓下最大主應(yīng)力為92.721MPa,出現(xiàn)位置在中間肋板根部下方。負(fù)風(fēng)壓下最大主應(yīng)力為165.11Mpa,下方長(zhǎng)螺桿孔處。
3.結(jié)論
矩形夾具在正風(fēng)壓作用下,最大應(yīng)力發(fā)生在承受重力載荷的中間肋板根部下方,應(yīng)力最大值為92.721MPa;負(fù)風(fēng)壓作用下,最大應(yīng)力發(fā)生在下方長(zhǎng)螺桿孔處,應(yīng)力最大值為165.11MPa,最大應(yīng)力值均小于304不銹鋼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值205MPa。從靜力學(xué)分析結(jié)果可以看出,該矩形夾具結(jié)構(gòu)能夠滿足工程的需要。同時(shí),通過(guò)ANSYS的對(duì)矩形夾具進(jìn)行靜力分析,得到了在外力載荷作用下矩形夾具應(yīng)力變化,對(duì)有限元分析過(guò)程有了一個(gè)直觀的了解,為工程上幕墻夾具的設(shè)計(jì)提供了理論參考。
注:本計(jì)算是考慮風(fēng)荷載和地震荷載對(duì)結(jié)構(gòu)最不利(即最大值)情況下進(jìn)行的。
參考文獻(xiàn):
[1]王麗,玻璃幕墻的技術(shù)特征及其表現(xiàn)力研究[D].浙江大學(xué),2013
[2]盧瑞華,點(diǎn)支式玻璃幕墻的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[A].天津大學(xué)第六屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[CI天津大學(xué),2006:8
[3]洪天華.風(fēng)荷載作用下點(diǎn)支式玻璃等墻的動(dòng)力性能研究[D].大連理工大學(xué)2007