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集装箱房的力学性能研究
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集装箱房的力学性能研究

用ABAQUS对集装箱房进行有限元分析
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    摘要:箱房造型优美、安装方便、保温隔热性能良好,具有很广的应用前景。优美的乡间别墅、视野开阔的海边小屋、机械文艺的办公场所,这些优美的建筑物正在不断的刷新我们的眼界。本人有幸参与到了集装厢房的研究和开发当中,闲暇之余,使用有限元软件ABAQUS对集装箱房进行了有限元分析。本文主要进行了集装箱房的模态分析、静力分析和刚度分析,得到了一些基本的结论,可供同行参考。后期还会对集装箱房进行深入的研究。

    0.前言

    集装箱建筑作为预制化程度较高的一种建筑类型, 具有结构形式新颖、 施工周期短、经济性好的特点,在国内外得到了较快的发展,我国也颁布了相应的行业标准 CECS 334 ∶2013《集装箱模块化组合房屋技术规程》。


    集装箱建筑在使用过程中存在连接节点、刚度及稳定性方面的问题, 为此哈尔滨工业大学、同济大学、天津大学、广州大学等研究机构对集装箱建筑的基本力学性能和抗侧刚度等方面进行了系统的研究。

    1.有限元模型

    1.1单元与网格

    由于厢房主要由梁柱和压型钢板组成,其截面厚度均较薄,所以只能选用壳单元来进行计算,梁柱的网格大小为100mm,板的网格大小为100mm。

    1.1.结构的网格图

    tu1.jpg

    1.2有限元模型

    使用ABAQUS软件建立的精细的有限元模型如图1.2所示。

    tu2.jpg

    1.2.集装箱房三维有限元模型

    1.3建模建议

    在建模初期,首先使用CAD三维实体建模,然后将模型的文件导入到ABAQUS中,在计算初期,由于结构板的厚度很薄所以,网格划分一直有问题。分析之后,个人认为是单元选择不当以及板件截面太小造成的。因此在建模初期一定要根据构件的受力形式来选择单元,然后根据单元的性质来划分网格,而且需要在受力较大或者开洞的地方加密网格。


    2.模态分析

    建立集装箱房的三维有限元模型之后,首先需要查看其模态分析结果,看其自振周期和振型是否合理。模态分析采用的方法是lanczos法。    

    2.1基本周期

    将集装箱房的前六阶自振周期汇总在表2.1中。

    表2.1 集装箱房自振周期汇总

    振型

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    频率(hz)

    14.87

    18.74

    19.45

    20.04

    20.55

    21.54


    2.2基本振型

    集装箱房前三级自振周期的振型图如图2.1所示。其动画效果如图2.2所示。

    tu3.jpg

    (a)一阶振型图

    tu4.jpg

    (b)二阶振型图

    tu5.jpg

    (c)三阶振型图

    tu6.jpg

    (d)四阶振型图

    tu7.jpg

    (e)五阶振型图

    tu8.jpg

    (f)六阶振型图

    3.刚度分析

    3.1实际模型的建立

    实际的集装箱房是有窗户和门的,而上面的模型并未考虑门窗开洞对集装箱房的影响,因为在本节中,根据门窗的实际尺寸和位置进行布置,这样能够更好的反应集装箱房的实际的动力特性。

    3.2模态分析

    基本的自振周期如表3.1所示。结构的振型图见图3.1,结构模态分析动画见视频3.2所示。

    表3.1 集装箱房自振周期汇总

    振型

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    频率(hz)

    14.92

    17.39

    19.01

    19.49

    20.06

    20.41

    tu10.jpg

    (a)一阶振型图

    tu10-1.jpg

    (b)二阶振型图

    tu10-0.jpg

    (c)三阶振型图


    4.静力分析

    4.1荷载选择

    根据《建筑结构荷载规范》中的相关规定:楼面荷载取2.0KN/㎡,屋面荷载取活荷载和雪荷载的较大值参与荷载组合,故取0.5KN/㎡。

    风荷载:地面粗糙度为B,风压高度变化系数为1,基本风压0.35 KN/㎡,风荷载体型系数为0.8,经计算可得风荷载标准值为0.285KN/㎡。

    4.2静力分析结果

    集装箱房静力分析的应力云图如下4.1所示。

    tu13.jpg

    4.1.集装箱房静力分析应力云图

    4.3悬挑箱房受力分析

    集装箱房*的优势是可以通过组合来实现良好的建筑造型,因此本文还研究了悬挑厢房的受力性能,其应力云图如图4.2所示。

    tu14.jpg

    4.2.悬挑集装箱房静力分析应力云图

    5.结语

    集装箱房在国内属于发展的初期,其中也有很多计算问题需要各位同行共同克服,本团队可以为新型集装箱房研发添砖加瓦,也希望各位同行和我们一块探讨计算问题,推动行业的进步。


    6.参考文献

    [1] 中国工程建设标准化协会.集装箱模块化组合房屋技术规程:CECS334:2013[S].北京:中国计划出版社,2013.

    [2] 吴从晓,杨渊,吴从永,杨涛,徐昕.集装箱装配建筑减震结构及连接节点抗震性能分析研究[J].钢结构,2019,34(04):1-8.

    [3] 查晓雄,范坤杰. 集装箱房抗侧刚度分析Ⅰ:整箱蒙皮效应[J]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学学报,2017,49(6):102-108

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