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    集裝箱房的力學性能研究
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    集裝箱房的力學性能研究

    用ABAQUS對集裝箱房進行有限元分析
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      摘要:箱房造型優美、安裝方便、保溫隔熱性能良好,具有很廣的應用前景。優美的鄉間別墅、視野開闊的海邊小屋、機械文藝的辦公場所,這些優美的建筑物正在不斷的刷新我們的眼界。本人有幸參與到了集裝廂房的研究和開發當中,閑暇之余,使用有限元軟件ABAQUS對集裝箱房進行了有限元分析。本文主要進行了集裝箱房的模態分析、靜力分析和剛度分析,得到了一些基本的結論,可供同行參考。后期還會對集裝箱房進行深入的研究。

      0.前言

      集裝箱建筑作為預制化程度較高的一種建筑類型, 具有結構形式新穎、 施工周期短、經濟性好的特點,在國內外得到了較快的發展,我國也頒布了相應的行業標準 CECS 334 ∶2013《集裝箱模塊化組合房屋技術規程》。


      集裝箱建筑在使用過程中存在連接節點、剛度及穩定性方面的問題, 為此哈爾濱工業大學、同濟大學、天津大學、廣州大學等研究機構對集裝箱建筑的基本力學性能和抗側剛度等方面進行了系統的研究。

      1.有限元模型

      1.1單元與網格

      由于廂房主要由梁柱和壓型鋼板組成,其截面厚度均較薄,所以只能選用殼單元來進行計算,梁柱的網格大小為100mm,板的網格大小為100mm。

      1.1.結構的網格圖

      tu1.jpg

      1.2有限元模型

      使用ABAQUS軟件建立的精細的有限元模型如圖1.2所示。

      tu2.jpg

      1.2.集裝箱房三維有限元模型

      1.3建模建議

      在建模初期,首先使用CAD三維實體建模,然后將模型的文件導入到ABAQUS中,在計算初期,由于結構板的厚度很薄所以,網格劃分一直有問題。分析之后,個人認為是單元選擇不當以及板件截面太小造成的。因此在建模初期一定要根據構件的受力形式來選擇單元,然后根據單元的性質來劃分網格,而且需要在受力較大或者開洞的地方加密網格。


      2.模態分析

      建立集裝箱房的三維有限元模型之后,首先需要查看其模態分析結果,看其自振周期和振型是否合理。模態分析采用的方法是lanczos法。    

      2.1基本周期

      將集裝箱房的前六階自振周期匯總在表2.1中。

      表2.1 集裝箱房自振周期匯總

      振型

      1

      2

      3

      4

      5

      6

      頻率(hz)

      14.87

      18.74

      19.45

      20.04

      20.55

      21.54


      2.2基本振型

      集裝箱房前三級自振周期的振型圖如圖2.1所示。其動畫效果如圖2.2所示。

      tu3.jpg

      (a)一階振型圖

      tu4.jpg

      (b)二階振型圖

      tu5.jpg

      (c)三階振型圖

      tu6.jpg

      (d)四階振型圖

      tu7.jpg

      (e)五階振型圖

      tu8.jpg

      (f)六階振型圖

      3.剛度分析

      3.1實際模型的建立

      實際的集裝箱房是有窗戶和門的,而上面的模型并未考慮門窗開洞對集裝箱房的影響,因為在本節中,根據門窗的實際尺寸和位置進行布置,這樣能夠更好的反應集裝箱房的實際的動力特性。

      3.2模態分析

      基本的自振周期如表3.1所示。結構的振型圖見圖3.1,結構模態分析動畫見視頻3.2所示。

      表3.1 集裝箱房自振周期匯總

      振型

      1

      2

      3

      4

      5

      6

      頻率(hz)

      14.92

      17.39

      19.01

      19.49

      20.06

      20.41

      tu10.jpg

      (a)一階振型圖

      tu10-1.jpg

      (b)二階振型圖

      tu10-0.jpg

      (c)三階振型圖


      4.靜力分析

      4.1荷載選擇

      根據《建筑結構荷載規范》中的相關規定:樓面荷載取2.0KN/㎡,屋面荷載取活荷載和雪荷載的較大值參與荷載組合,故取0.5KN/㎡。

      風荷載:地面粗糙度為B,風壓高度變化系數為1,基本風壓0.35 KN/㎡,風荷載體型系數為0.8,經計算可得風荷載標準值為0.285KN/㎡。

      4.2靜力分析結果

      集裝箱房靜力分析的應力云圖如下4.1所示。

      tu13.jpg

      4.1.集裝箱房靜力分析應力云圖

      4.3懸挑箱房受力分析

      集裝箱房*的優勢是可以通過組合來實現良好的建筑造型,因此本文還研究了懸挑廂房的受力性能,其應力云圖如圖4.2所示。

      tu14.jpg

      4.2.懸挑集裝箱房靜力分析應力云圖

      5.結語

      集裝箱房在國內屬于發展的初期,其中也有很多計算問題需要各位同行共同克服,本團隊可以為新型集裝箱房研發添磚加瓦,也希望各位同行和我們一塊探討計算問題,推動行業的進步。


      6.參考文獻

      [1] 中國工程建設標準化協會.集裝箱模塊化組合房屋技術規程:CECS334:2013[S].北京:中國計劃出版社,2013.

      [2] 吳從曉,楊淵,吳從永,楊濤,徐昕.集裝箱裝配建筑減震結構及連接節點抗震性能分析研究[J].鋼結構,2019,34(04):1-8.

      [3] 查曉雄,范坤杰. 集裝箱房抗側剛度分析Ⅰ:整箱蒙皮效應[J]. 哈爾濱:哈爾濱工業大學學報,2017,49(6):102-108

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