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上海東方體育中心大尺度鑄鋼件和球鉸支座的分析

日期:2017-06-19

1、鑄鋼件

    綜合體育館拱架下弦轉角處以及BRB立柱與下弦相交處由于受力相當大,且桿件匯交嚴重,因此采用鑄鋼節點,數量共32個,由于結構雙軸對稱,因此僅需分析8個典型節點,實體模型通過solidworks優化過后,采用有限元軟件ABAQUS劃分網格,并形成節點有限元實體計算模型。有限單元采用一階四面體單元C3D4,每個單元有4個節點,每個節點有3個自由度。節點用鑄鋼材料參照德國規范DIN17182,材質為調質GS-20Mn5V,彈性模量206GPa,泊松比為0.3,屈服強度為360MPa,極限抗拉強度為500MPa,其它各參數根據設計要求確定,運用有限元軟件ABAQUS進行彈塑性極限承載力分析時,鑄鋼采用理想彈塑性模型,不考慮鋼材的強化作用。

    設計荷載作用下節點的線彈性靜力分析,計算得到的von-Mises應力云圖,最大值為157MPa,遠未達到屈服應力360MPa,最大位移為1.76mm,滿足設計要求。

2、球鉸支座

    東方體育中心綜合體育館、游泳館均采用抗震球型鋼支座。計算模型采用實體建模,模型在充分反映構件主要受力情況基礎上,作適當簡化。計算模型按照支座總裝結構考慮,頂板、中間四氟板、中間球面板、球面四氟板、底盆均采用實體建模,在頂板和中間四氟板、球面四氟板和底盆之間設置面接觸單元,中間四氟板、中間球面板和球面四氟板則采用共面方式限制自由度。

    實體單元采用SOLID45模擬,接觸單元采用TARGE170和CONTA173接觸對模擬。在整個分析過程中,鋼材保持彈性狀態,采用彈性材料模擬,PTFE則采用彈塑性材料模擬。荷載及邊界條件設置為:頂板板頂面受豎向壓力,均勻作用于上頂板上表面。度盆底面為固定邊界,位移為零。鏡面不銹鋼和四氟板之間的摩擦系數為0.03.

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