基于ANSYS的幕墻矩形夾具靜力分析

劉陽　王成

【摘? 要】：隨著現代科技的發展，玻璃幕墻在社會上的使用率越來越高。點支式玻璃幕墻承載件主要分為駁接爪及夾具兩種結構。本文從矩形夾具層次分析，其主要目的是要求矩形夾具能夠保證安全性及受力不變形的能力。要求夾具橫向能夠承受一定的風壓，縱向能夠承受玻璃的自重，夾具會在這些載荷作用下，產生橫向和縱向的彎曲變形。本文以矩形夾具為例，計算了矩形夾具受到載荷作用下的變形情況，并將理論與試驗結果進行了對比分析，可為工程設計提供理論參考。

【關鍵詞】矩形夾具;玻璃幕墻;靜力分析

1.工程概況：

1.1基本信息：

幕墻標高：17.00m。

基本風壓：（50年一遇）

地面粗糙度類別：B類

抗震設防烈度：8度

設計基本地震加速度：0.20g

玻璃結構：TP15+12A+TP15鋼化中空玻璃

最大玻璃板塊：

材料：前蓋、后蓋、肋板、后支撐板

1.2荷載計算：

按標高17.00m，角部區域計算風壓：

（1）風荷載計算值：

風荷載設計值：

單塊玻璃承受風荷載：

（2）玻璃自重計算

玻璃重力密度：。

玻璃面積：

玻璃自重標準值：

玻璃自重設計值：

（3）地震荷載計算

β：動力放大系數，取5.0

α：水平地震影響系數最大值，取0.16

γ_E：地震作用分項系數：1.3

單塊玻璃承受地震荷載：

（4）作用效應組合

水平方向荷載考慮風荷載和地震作用（最大危險點處承受）;

垂直方向考慮自重：9.88kN。

按標高17.00m，角部區域計算

2.有限元模型基本信息：

（1）根據項目情況計算出水平方向風荷載和地震作用為13.21kN，豎直方向重力載荷為9.88kN。

（2）材料主要屬性：彈性模量2.06×10⁵MPa，泊松比0.3。

2.1 模型導入：

在Static Structural 模塊中導入模型后，雙擊Geometry啟動DesignModeler創建模型應用程序。

2.2初始網格：

在樹形目錄中選中“mesh”分支，在的屬性窗格中將physics preferences設置為CFD。在樹形目錄中右擊“mesh”，并選擇“generate mesh”，進行網格的自動劃分。使用視圖操作工具和三個坐標軸來檢查網格的劃分情況。

2.3荷載施加過程：

（1）施加固定約束：選擇4個螺栓桿內圓柱面為固定面。

（2）施加載荷：首先進行正風壓方向的分析，水平方向設置垂直于后蓋內表面載荷為13210N，豎直方向設置垂直于后蓋中間肋板上表面載荷為9880N。下一步進行負風壓方向的分析，水平方向分別設置垂直于后蓋內表面載荷13210N，方向與正風壓相反，豎直方向與正風壓是荷載施加方向相同。

2.4求解：

總應力分布云圖，正風壓下最大主應力為92.721MPa，出現位置在中間肋板根部下方。負風壓下最大主應力為165.11Mpa，下方長螺桿孔處。

3.結論

矩形夾具在正風壓作用下，最大應力發生在承受重力載荷的中間肋板根部下方，應力最大值為92.721MPa;負風壓作用下，最大應力發生在下方長螺桿孔處，應力最大值為165.11MPa，最大應力值均小于304不銹鋼的強度設計值205MPa。從靜力學分析結果可以看出，該矩形夾具結構能夠滿足工程的需要。同時，通過ANSYS的對矩形夾具進行靜力分析，得到了在外力載荷作用下矩形夾具應力變化，對有限元分析過程有了一個直觀的了解，為工程上幕墻夾具的設計提供了理論參考。

注：本計算是考慮風荷載和地震荷載對結構最不利（即最大值）情況下進行的。

參考文獻：

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[2]盧瑞華，點支式玻璃幕墻的研究現狀與發展[A].天津大學第六屆全國現代結構工程學術研討會論文集[CI天津大學，2006：8

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