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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(zhuǎn)角處以及BRB立柱與下弦相交處由于受力相當(dāng)大,且桿件匯交嚴(yán)重,因此采用鑄鋼節(jié)點(diǎn),數(shù)量共32個(gè),由于結(jié)構(gòu)雙軸對(duì)稱,因此僅需分析8個(gè)典型節(jié)點(diǎn),實(shí)體模型通過(guò)solidworks優(yōu)化過(guò)后,采用有限元軟件ABAQUS劃分網(wǎng)格,并形成節(jié)點(diǎn)有限元實(shí)體計(jì)算模型。有限單元采用一階四面體單元C3D4,每個(gè)單元有4個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度。節(jié)點(diǎn)用鑄鋼材料參照德國(guó)規(guī)范DIN17182,材質(zhì)為調(diào)質(zhì)GS-20Mn5V,彈性模量206GPa,泊松比為0.3,屈服強(qiáng)度為360MPa,極限抗拉強(qiáng)度為500MPa,其它各參數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定,運(yùn)用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行彈塑性極限承載力分析時(shí),鑄鋼采用理想彈塑性模型,不考慮鋼材的強(qiáng)化作用。

    設(shè)計(jì)荷載作用下節(jié)點(diǎn)的線彈性靜力分析,計(jì)算得到的von-Mises應(yīng)力云圖,最大值為157MPa,遠(yuǎn)未達(dá)到屈服應(yīng)力360MPa,最大位移為1.76mm,滿足設(shè)計(jì)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(jì)算模型采用實(shí)體建模,模型在充分反映構(gòu)件主要受力情況基礎(chǔ)上,作適當(dāng)簡(jiǎn)化。計(jì)算模型按照支座總裝結(jié)構(gòu)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(shí)體建模,在頂板和中間四氟板、球面四氟板和底盆之間設(shè)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(shí)體單元采用SOLID45模擬,接觸單元采用TARGE170和CONTA173接觸對(duì)模擬。在整個(gè)分析過(guò)程中,鋼材保持彈性狀態(tài),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(shè)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(shù)為0.03.

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