钢桁架悬臂结构设计与仿真分析 关志荣摘 要：结合某工业厂房需要增加悬臂结构以满足工艺要求，考虑了三种悬臂结构设计方案，即厂房钢框架悬挂方案、预应力钢框架方案和钢桁架方案[1]使用有限元软件ANSYS对结构方案进行了分析[2]，得到了各结构在荷载作用下的承载力和挠度，并通过对比采用了钢桁架方案，钢桁架结构的承载力和挠度不仅满足要求，而且施工方便，为解决工程中类似的悬臂结构问题提供了参考关键词：预应力钢框架;悬臂钢桁架;ANSYS;挠度控制一、背景介绍某工业厂房需要增加悬臂结构以满足工艺要求，为了充分利用既有建筑物，需要在较高的位置设置跨越地面的悬臂结构走廊与另一侧连接悬臂结构长度为15m，由于斜撑构件呈节间布置，在设计过程中考虑了悬臂结构与既有结构相协调的问题，利用有限元软件ANSYS对结构方案进行分析对比二、有限元分析过程有限元分析是在对分析对象进行网格划分的基础上，对未知量的实际情况进行有限元数值模拟，进行有限元分析时，必须对所分析问题有一个完整的把握，同时梳理出相对完善的结构分析程序具体分析过程为设定工程实际条件，选择单元类型、单元实常数、材料类型，建立有限元模型，模型自由度约束与荷载施加，求解得到结果。
三、悬臂结构设计（一）方案1悬挂在钢框架上：由于悬臂式结构布置在较高的位置，且与工厂钢架梁距离较近，所以将悬臂式结构挂在钢梁上是大家首先想到的解决方法但由于原厂房钢框架设计未考虑悬臂结构重量和活载，因此，钢框架能否满足承载力要求是采用该方案的关键使用PKPM软件对增加了荷载的钢架进行分析，得出钢框架的内力已超过其有效的承载能力，因厂房内环境复杂，对钢框架加固影响正常的生产秩序，难以实现综上所述，方案1是不可取的二）方案2預应力钢框架：悬臂结构的重量只能由支撑体系本身承担，为此新建钢框架，作为悬臂结构的支撑考虑到悬臂结构较长，倾覆力矩较大，采用钢结构框架作为2跨3层的支撑体系，钢框架结构布置如图1所示在预应力钢框架结构方案中，由于Q235钢受动荷载的影响，选用的钢材种类较多，对钢材的性能要求较高在框架上部布置体外预应力筋，采用3根直径30mm的高强钢筋，在一定距离将悬臂H型钢拉住在结构不承受外荷载之前，先张拉高强预应力筋，以预应力抵抗接受使用时所受的荷载本预应力钢框架是不规则框架，同时又有体外预应力筋的布置，采用ANSYS对预应力框架进行模拟，不仅计算速度快，而且精度高Beam188单元为二维梁单元用来模拟框架梁柱。
有限元模型如图1所示柱底各自由度均设置约束，竖向荷载在高度8m处施加根据要求，悬臂结构活载标准值为0.4KN/m2使用ANSYS对程序进行静力分析，分别采用基本荷载组合和标准荷载组合计算结构内力和变形，如图2所示控制截面位于悬臂梁根部，预应力高强钢筋在此位置两面应力最大在正常使用极限状态下，悬臂梁的变形量为32.6mm，小于规范标准值，满足要求预应力高强钢束张拉难度较大，且需在地面以上施工，高空作业安全隐患大三）方案3钢桁架：在钢桁架结构方案中，选用Q235钢材，采用Beam188单元模拟梁柱由于斜撑是二力杆，使用Link8单元对其进行模拟在柱底对各自由度进行约束，在8米高度处施加竖向荷载，有限元模型如图3所示根据要求，悬臂结构活载标准值为0.4kn/m2程序采用有限元软件ANSYS进行静力分析，分别采用基本荷载组合和标准荷载组合计算结构内力和变形，如图4所示控制截面也在悬臂梁的根部在正常使用极限状态下，悬臂梁的变形量为12.8mm，小于标准值，满足要求四）两种方案的比较预应力钢框架与钢桁架的比较见表1考虑到厂房内悬臂结构的特殊要求，以及建造过程的难易程度，以及在使用过程中若变形过大，将影响悬臂结构与其它结构的连接，最终选择悬臂钢桁架方案设计。
四、结束语结合某工业厂房需要增加悬臂结构以满足工艺要求，考虑了三种结构设计方案，即厂房钢框架悬挂方案、预应力钢框架方案和钢桁架方案使用ANSYS对方案进行分析，得到结构在荷载作用下的承载力和挠度，通过对比采用钢桁架方案，为解决工程中类似的悬臂结构问题提供了参考参考文献：[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计规范：50017-2017[S].北京：中国建筑工业出版社，2018[2] 洪庆章， 刘清吉. ANSYS教学范例[M]. 中国铁道出版社， 2002.[3] 李围， 叶裕明. ANSYS土木工程应用实例[M]. 中国水利水电出版社， 2007.砖瓦世界下半月2020年1期砖瓦世界下半月的其它文章深度探讨桥梁双肢薄壁空心墩和连续钢构箱梁施工技术流程与方法桥梁工程中吊装施工管理措施研究高层民用建筑设计中绿色建筑设计的应用探析高速公路桥梁施工中出现混凝土裂缝的原因及处理分析基于适老化理念的建筑空间设计探析水利工程原材料检测结果影响因素分析 -全文完-。