【正文】 。 角焊縫的最小焊角尺寸 式中： —— 焊件的最厚板厚 角焊縫的最大焊角尺寸： 式中： —— 焊件的最薄板厚 選擇角焊縫的焊角尺寸應(yīng)滿足： 取 對(duì)于直角角焊縫的 計(jì)算 厚度 橫梁與搭接板 2的連接和柱與搭接板 1 的連接相同，采用全角施焊的角焊縫連接，轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊，沒(méi)有起弧和落弧所引起的喊叫缺陷。由于橫梁承受的載荷較小且對(duì)其無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，所以在此對(duì)橫梁與柱的連接不進(jìn)行校核 。 F= e=120mm 搭接板尺寸 b h t=220 250 10mm (2)連接計(jì)算 連接采用全角施焊的角焊縫鏈接，轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊，沒(méi)有起弧和落弧引起的缺陷。 角焊縫的焊角尺寸 角焊縫的最小焊角尺寸 式中： — 較厚焊件的厚度 ； 角焊縫的最大焊角尺寸： 式中 ： — 較薄焊件的板厚 ； 選擇焊角尺寸應(yīng)符合 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 26 角焊縫有效厚度 對(duì)直角角焊縫 (3)焊縫截面特性 豎向焊縫的計(jì)算面積為 焊縫對(duì) x軸的慣性矩 焊縫最外緣的截面模量 豎向焊縫兩端點(diǎn)處的截面模量 ⑷ 正應(yīng)力： 假設(shè)彎矩 M由全部焊縫計(jì)算截面承受，引起的水平方向應(yīng)力按三角形分布，其應(yīng)力應(yīng)滿足： 式中： —— 角焊縫在彎矩作用下所產(chǎn)生的垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力； —— 正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè) 計(jì)值增大系數(shù)，對(duì)承受靜載荷和間接承受動(dòng)載荷 吉林建筑大學(xué) 27 的直角焊縫， 。 ⑸ 剪應(yīng)力： 滿足條件。 搭接板與懸伸支撐托座的焊接連接設(shè)計(jì) (1)設(shè)計(jì)條件 懸伸支撐托座采用組合 T 形截面，其與搭接板之間為對(duì)接與交接組合焊縫連接。懸伸支撐托座的尺寸和作 用的集中載荷如圖 。焊縫的截面為 T型，尺寸與懸伸支撐托座相同。由于翼緣處剪力很小，可以認(rèn)為全部剪力由腹板的豎向焊縫均勻承受，而彎矩由整個(gè) T 形截面焊縫承受。 ○ 1 焊縫截面特性 截面形心軸 xx? 的位置 ? ? ? ?? ? ? ?11 2 2 111 1 2 12222t hb t h t t ty b t t h t t??? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?1 0 2 0 02 0 0 2 1 0 2 0 0 2 8 8 1 0222 0 0 2 1 0 1 0 2 0 0 2 8 8??? ? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2 1 1 2 0 0 1 0 5 2 .2 1 5 7 .8y h t y m m? ? ? ? ? ? ? 焊縫對(duì) x 軸的慣性矩 ? ? ? ? ? ? ? ?33 221 1 2 2 21 1 2 2 2 122 221 2 2 1 2 2x t h t t b t thI t h t y t b t y?? ????? ? ? ? ? ? ? ??? ???? ?? 吉林建筑大學(xué) 29 ? ? ? ?3 28 2 0 0 2 8 2020 2 0 0 2 8 1 5 7 .81 2 2? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ?3 21 0 2 0 0 2 1 0 101 0 2 0 0 2 1 0 5 2 .21 2 2? ? ? ??? ? ? ? ????? 10 mm?? 豎向焊縫的計(jì)算面積 ? ? ? ? 211 2 8 2 0 0 2 8 1 4 7 2A t h t m m? ? ? ? ? ? ? ○ 2 正應(yīng)力： 假定彎矩 M由全部焊縫計(jì)算截面承受，引起的水平方向應(yīng)力按三角形分布。 a點(diǎn)承受最大拉應(yīng)力 滿足條件。 假定剪應(yīng)力 V全部由豎直焊縫承受，引起的豎向剪應(yīng)力均勻分布。 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 30 縱梁與懸伸支撐托座的螺栓連接設(shè)計(jì) (1)設(shè)計(jì)條件 懸伸支撐托座承受縱梁施加的垂直載荷和很少?gòu)澗睾图袅Α? (2)連接計(jì)算 懸伸支撐托座與縱梁的螺栓布置選用螺栓的為 的普通 C級(jí)螺栓，螺栓孔的直徑 ，螺栓的數(shù)目為 4 個(gè)，其布置簡(jiǎn)圖如圖 所示。 梁的拼接連接設(shè)計(jì) 一、 梁的拼接分析 梁的軸向在一般情況下，相對(duì)于彎矩和剪力而言其數(shù)值較小。 在設(shè)計(jì)梁的拼接連接時(shí)，除了滿足連接處的剛度和強(qiáng)度外，尚應(yīng)考慮施工安裝的方便。因而作為剛性連接的拼接連接節(jié)點(diǎn)，如果將梁翼緣的連接按實(shí)際內(nèi)力進(jìn)行設(shè)計(jì)，則有損于梁的連續(xù)性，可能造成結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況與設(shè)計(jì)是的內(nèi)力分析模型不協(xié)調(diào)，并降低結(jié)構(gòu)的延性。 吉林建筑大學(xué) 31 二、 螺栓的選用及驗(yàn)算 H形截面梁采用 ，拼接連接節(jié)點(diǎn)設(shè)置立柱上；梁及其拼接連接板均采用 Q235 鋼；連接采用 級(jí)得 M16高強(qiáng)度螺栓摩擦型雙剪連接，螺栓孔徑為 mm。 (1)載荷計(jì)算 縱梁的受力： 圖 縱梁的受力圖 由圖可知 只需分析最長(zhǎng)梁受力情況，簡(jiǎn)化其連接處彎矩為零，只受剪力作用且值最大 (2)連接所需的高強(qiáng)度螺 栓數(shù)目 ，由下公式求得： 考慮拼接的剛性和安全性，采用 （一個(gè) 級(jí)的 M16 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的承載力設(shè)計(jì)值 ， 當(dāng)采用雙剪連接且構(gòu)件在連接處接觸面的處理方法為噴砂時(shí)， ） (3)強(qiáng)度驗(yàn)算 螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度： 螺栓桿的剪切強(qiáng)度： 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 32 滿足條件。應(yīng)力分析之中的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、線性或者非線性問(wèn)題以及熱傳導(dǎo)和電磁學(xué)中的問(wèn)題都可以用有限元方法進(jìn)行分析。 它的 優(yōu)點(diǎn)包括 ： 1. 可以很容易地模擬不規(guī)則形狀的結(jié)構(gòu)。 3. 因?yàn)閱卧匠淌菃蝹€(gè)建立的，因此可以模擬由幾種不同材料構(gòu)成的物體。 5. 單元的尺寸大小可以變化，必要時(shí)可使用小單元 6. 改變有限 元模型比較容易，花費(fèi)不大。 8. 可處理大變形和非線性材料帶來(lái)的非線性問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們常常需要借助數(shù)值方法來(lái)求解近似解。有限差分方法對(duì)于簡(jiǎn)單的問(wèn)題能夠易于理解和應(yīng)用，但對(duì)于解決帶有復(fù)雜幾何條件和復(fù)雜邊界條件的問(wèn)題就無(wú)能為力了；而有限元方法采用積分方法而不是微分方法建立起系統(tǒng)的代數(shù)方程組，使內(nèi)部各單元的邊界連續(xù)，所以易 于描述。國(guó)際上著名的通用有限元分析軟件有： ANSYS， ABAQUS， NASTRAN， MARK， ALGOR以及 ADINA 等。一種方法叫做力法或柔度法，用內(nèi)力作為問(wèn)題的未知量。結(jié)果是一組確定多余力或未知力的代數(shù)方程組。這兩種方法在分析中得出不同的未知量（力或位移），并得到與其公式相關(guān)的不同矩陣（柔度矩陣或剛度矩陣）。另外，由于位移法的公式對(duì)于大多數(shù)結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題比較簡(jiǎn)單，因此對(duì)于計(jì)算機(jī)求解，位移法（或剛度法）更符合要求。 有限元分析軟件一般步驟： ①建立求解域，并將之離散化成有限個(gè)單元，即將問(wèn)題分解成單元和節(jié)點(diǎn)； ②假定描述單元物理屬性的形 (shape)函數(shù)，即用一個(gè)近似的連續(xù)函數(shù)描述每個(gè)單元的解； ③建立單元?jiǎng)偠确匠蹋? ④組裝單元，構(gòu)造總剛度矩陣； ⑤應(yīng)用邊界條件和初值條件，施加載荷； ⑥求解線性或者非線性微分方程組得到節(jié)點(diǎn)值，如不同節(jié)點(diǎn)的位移； ⑦通過(guò)后處理獲得最大應(yīng)力、應(yīng)變等信息。如果分析的對(duì)象是桁架或者是剛架，顯然可以取每一根桿作為單元，因?yàn)檫@一類(lèi)結(jié)構(gòu)就是由每一桿件相互連接而成；如果分析二維或是三維的連續(xù)介質(zhì)，就要根據(jù)實(shí)際物體的形狀和對(duì)于計(jì)算結(jié)果所要求的精度來(lái)確定單元的形狀和剖分方式。同時(shí)，也可以用幾何關(guān)系和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系來(lái)導(dǎo)出單元體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式。將通過(guò)能量原理建立的吉林建筑大學(xué) 35 平衡方程以及給出的邊界條件、初始條件，聯(lián)立方程式進(jìn)行求解，可以得到所有的節(jié)點(diǎn)位移，依據(jù)這些節(jié)點(diǎn)位移，通過(guò)上面選擇的位移模式，就可以得到任意 _點(diǎn)的應(yīng)力和應(yīng)變。有限元分析后處理可以實(shí)現(xiàn)：點(diǎn)、位移、單元應(yīng)力等力學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)人員所關(guān)心和熟悉的設(shè)計(jì) 參數(shù)，如應(yīng)力集中區(qū)、最大應(yīng)力值、最大撓度、最不利載荷組合作用下的應(yīng)力等；篩選關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如應(yīng)力值高于某一指標(biāo)的節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)；用圖形形象地表示模型和計(jì)算結(jié)果，用于表示和記錄數(shù)據(jù)圖形。 關(guān)于 CATIA CATIA 軟件簡(jiǎn)介 CATIA(Computergraphics Aided Threedimensional Interactive Application) 是法國(guó) Dassault 公司于 1975 年起開(kāi)始發(fā)展的一套完整的 3DCAD／ CAM／ CAE 一體化軟件。CATIA 不但能夠保證企業(yè)內(nèi)部設(shè)計(jì)部門(mén)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)功能而且還可以提供企業(yè)整個(gè)集成的設(shè)計(jì)流程和端對(duì)端的解決方案。 由于其功能強(qiáng)大而完美， CATIA 已經(jīng)幾乎成為三維 CAD／ CAM 領(lǐng)域的一面旗幟和爭(zhēng) 相遵從的標(biāo)準(zhǔn)，特別是在航空航天、汽車(chē)及摩托車(chē)領(lǐng)域， CATIA 一直居于領(lǐng)先地位。另外 CATIA 還用來(lái)制造米其林輪胎、伊萊克斯電冰箱和洗衣機(jī)、 3M 公司的粘合劑，還有 ABB公司制造的火車(chē)和通用動(dòng)力公司建造的核潛艇。全世界半數(shù)左右的汽車(chē)制造商也用這套軟件。Dassault公司與 MSC公司的強(qiáng)強(qiáng)合作，加強(qiáng)了其 CAE模塊，并且發(fā)展出基于 CATIA的 MSC． visualNastranV5i 有限元分析軟件。 CATIAV5 包含的模塊有 (以 P2 版本為例 )：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模塊，機(jī)械設(shè)計(jì)模塊，曲面造型模塊，分析模塊， AEC 工廠模塊， NC 加工模塊，數(shù)字模型模塊，設(shè)備和系統(tǒng)模塊，數(shù)字程序和加工模塊，人 機(jī)工程設(shè)計(jì)和分析模塊等，各個(gè)模塊都具有強(qiáng)大的功能。機(jī)械制造者 30年來(lái)一直夢(mèng)想著在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)他們的全套操作，即從設(shè)計(jì)人員在機(jī)械設(shè)計(jì)中的第一筆點(diǎn)畫(huà)，到產(chǎn)品生產(chǎn)和廠房布置等所有步驟， CATIA 真正做到了這一點(diǎn)。 目前的 CATIA 覆蓋了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的整個(gè)周期，并且一直保持著其技術(shù)領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)。 CATIAV5 不但具有 V4版本的強(qiáng)大功能，還增加了許多新的特性。 CATIA 軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)方面功能的強(qiáng)大。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)， CATIA 的自動(dòng)網(wǎng)格劃分和有限元分析，也有很大的吸引力。 CATIA 軟件這方面的功能特別有助于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。 由于 CATIA 軟件網(wǎng)格的劃分是自動(dòng)進(jìn)行的，因此，有時(shí)候設(shè)計(jì)者并不需要完全了解有限元分析的相 關(guān)內(nèi)涵，對(duì)于側(cè)重設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這是非常有吸引力的。當(dāng)把模型轉(zhuǎn)到其它專(zhuān)門(mén)的有限元模型進(jìn)行計(jì)算時(shí)， 在用其他軟件 為了劃吉林建筑大學(xué) 37 分網(wǎng)格，可能 花費(fèi)了 2周的 時(shí)間，而在 CATIA 軟件中，只要設(shè)計(jì)者轉(zhuǎn)到有限元計(jì)算工作臺(tái)，程序就自動(dòng)劃分網(wǎng)格，無(wú)需設(shè)計(jì)者進(jìn)行手動(dòng)劃分。 CATIA V5 有 限元分析過(guò)程 CATIA 是一種 CAD/CAE/CAM 一體化軟件， CATIA 有限元分析的操作過(guò)程和主要功能構(gòu)成如圖 所示。因此，前處理器要處理數(shù)據(jù)文件包括讀寫(xiě)描述有限元模型的數(shù)據(jù)庫(kù)文件、生成求解器可識(shí)別的輸入數(shù)據(jù)文件、讀寫(xiě)并記錄各種操作的命令和編輯過(guò)程文件等。 后處理器的主要功能是：處理求解器分析后的結(jié)果，識(shí)別求解器生成的格式化及非格式化結(jié)果文件以及將結(jié)果寫(xiě)成各種常用的圖形文件，并以圖形、動(dòng)畫(huà)、曲線、表格和文件形式分別顯示求解器分析后的結(jié)果等。 有限元分析的一般流程為： （ 1）從三維實(shí)體建模模塊進(jìn)入有限元分析模塊； 四層升降橫移式立體車(chē)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析 38 （ 2）在形體上施加約束； （ 3）在形體上施加載 ； （ 4）計(jì)算（包括網(wǎng)格自動(dòng)劃分），解方程和生成應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果； （ 5）分析計(jì)算結(jié)果，單元網(wǎng)格、應(yīng)力或變形顯示； （ 6）對(duì)關(guān)心的區(qū)域細(xì)化網(wǎng)格、重新計(jì)算。有限元文件的類(lèi)型為 CATAnalysis。 CATIA 具有強(qiáng)大的三維實(shí)體設(shè)計(jì)能力，可以方便、迅速的建立所要形狀，并且修改方便。 基于 CATIA 參數(shù)化實(shí)體建模 在進(jìn)行有限元分析前，必須先建立三維實(shí)體模型。 有限元模型用有限數(shù)目的未知量模擬真實(shí) 的物理系統(tǒng)，不同物理系統(tǒng)的未知量不同，現(xiàn)在對(duì)車(chē)庫(kù)剛架結(jié)構(gòu)分析的未知量是節(jié)點(diǎn)的位移。整個(gè)有限元模型由簡(jiǎn)單的單元組成，相鄰單元間通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接并承受一定的荷載。實(shí)體模型建好后，即可對(duì)其劃分網(wǎng)格并生成有限元網(wǎng)格，為施加邊界條件、荷載和求解做好準(zhǔn)備。 在利用 CATIA 進(jìn)行 H型鋼 參數(shù)化建模過(guò)程中，將 CATIA 的三維參數(shù)化造型、表達(dá)式處理、 零件庫(kù) 等功能有機(jī)結(jié)合起來(lái)。這種 法的優(yōu)點(diǎn)在于 只需改變基本參數(shù)的取值，不同尺寸的 鋼材 就會(huì)自動(dòng)生成 。修改參數(shù)尺寸即可得到各種規(guī)格 的 H 型鋼材。在 CATIA中建立上層橫梁的數(shù)學(xué)模型后，進(jìn)入到 有限元分析模塊進(jìn)行分析。 利用 CATIA 對(duì)其進(jìn)行映射劃分網(wǎng)格， 由于網(wǎng)格的形狀大小不同，會(huì)影響到分 析結(jié)果 ， 網(wǎng)格劃分越細(xì) , 計(jì)算結(jié)果越精確 . 然耗時(shí)也越長(zhǎng) . 利用 CATIA 的有限元處理工具可以對(duì)實(shí)體 模型進(jìn)行網(wǎng)格的自 分 , 這對(duì)于形狀規(guī)則的模型來(lái)說(shuō) 非常有利 ,對(duì)網(wǎng) 格 大小 進(jìn)行 適當(dāng) 設(shè)置 。