钢节点细部与结构整体协同分析方法

关键词1：协同分析

看到这个标题时，可能好多人不理解什么叫协同分析。所谓协同就是协同变形共同受力，而不是孤立的分析某个部位。这么说有点抽象，举个例子，以前大家做由大跨钢结构与混凝土结构混合而成的结构设计时，由于计算软件和硬件能力有限，两种结构分开计算。钢结构在钢结构设计平台上做，混凝土部分简化为支座，混凝土结构在混凝土结构设计平台上做，钢结构简化为荷载和钢梁。这么做的好处是简化了分析对象的自由度，能提高效率。但是对不同的项目，会带来不同程度的误差，原因在于混凝土结构的刚度在钢结构设计中很难考虑准确，钢结构的刚度对混凝土结构的影响（尤其是动力特性）也很难考虑准确，刚度不准确，内力势必也有差异，所以一般在做完独立设计后，会做一个整体模型的协同分析，检验设计的安全性。

图1-2节点与整体协同分析结果

对于节点细部分析其实也存在同样的问题，节点作为结构整体的一部分，经常被孤立出来基于简化后的边界做分析，也存在上述边界刚度不准确带来的误差。其次，还存在另外一个问题，那就是孤立节点做细部分析时，需要添加杆件的内力，如果不是二力杆，则需要添加局部方向的轴力、剪力、弯矩，在杆件较多的情况下，该工作较为繁琐，容易出错。再次，组合工况一般都非常多，杆件设计都是保证所有工况下安全，节点设计是否也应该如此，而不是选择其中一两个进行验算？如果每个工况都验算的话，手动提取内力添加内力基本不现实。而节点细部模型与杆系模型协同分析则可以避免上述三个问题。那么如何进行呢？只需要三步：

1-整体分析软件（比如midas/Gen）中导出节点周围杆件的定位轴线为DXF

2-细部分析软件（比如midas/FEA）中导入DXF进行节点细部建模，导出网格数据（比如mgt）

3-整体分析软件中导入节点细部网格（实体或壳），添加与整体杆系协同变形的边界（比如刚性连接），进行整体分析，判断结果。

关键词2：midas/FEA

目前市面上能做节点有限元分析的软件很多，也用过一些，在我看来midas/FEA相比有以下优势：

专门为土木领域结构仿真分析定制研发，没有其他领域的繁杂功能，方便理解学习。

灵活的工作平面设定（法向和三个点均可定义工作面），方便建模定位，无需复杂的装配定位。

丰富的曲线建模、曲面建模、实体建模、布尔运算等几何功能。

精确的网格密度控制功能（线播种：渐进变化）

图3-应力集中区域网格加密

图4-局部网格加密与均匀网格结果差异

5. 分析工况设置功能（网格、边界、荷载自由组合，考虑不同情况）

同一个模型中，允许不同网格、边界、荷载的组合，可以一次性计算多种情况（例如加劲板的设置与否对结果的影响，不同极端边界条件对结果的影响等）

总结：

一个完美的建筑，缺少不了结构的支撑，而一个结构即使杆件设计的再保守，没有了牢靠的节点也发挥不了作用。

FEA是一款功能齐全，简单易用的细部分析软件，作为Midas的系列软件与建筑结构整体分析软件Gen和桥梁结构整体分析软件Civil有良好的数据接口，是结构分析和设计的有力工具，为结构的安全保驾护航。

（责任编辑：何雯丽）

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