基于ANSYS某旋转楼梯结构受力分析

【工程概况】

      某商场旋转钢结构楼梯，采用Q345B钢材，结构层高3.7m，踏步宽1.5m，内圈直径3.5m，外圈直径6m。楼梯两端均与框架梁铰接，踏步板截面：□100x100x5,楼梯主梁截面□250x150x8。采用ANSYS对其进行结构受力计算分析。

【材料参数】

本次计算只考虑弹性计算，材料参数如下：

弹性模量：200Gpa;

密度（考虑节点连接，保守估计对结构密度放大1.1倍）：7850*1.1=8635kg/m^3

泊松比：0.3

【荷载参数】

本次计算考虑恒载与活载的最不利组合，附加恒载按0.6,活载按3.5考虑。

【结构建模】

本次建模通过先建立节点，然后建立单元的方法进行，结构单元采用Beam188。首先对原结构进行一定的简化，计算出各个节点的三维坐标。通过N命令建立节点，然后通过E命令建立单元，值得注意的是，此处除了仅仅建立结构本身需要的节点外，还需要建立结构主梁所需要的方向点。结构模型如下：

【荷载加载】

1、边界条件设定：楼梯两端通过预埋件与混凝土框架主梁相连，理论上该连接具有半刚性特点，介于铰接和刚接之间。若支座采用完全刚接计算，结构相应的位移和应力都很小，偏于不保守；若采用弹簧模拟框架梁与楼梯的连接，由于弹簧参数的取值业内并没有统一认识，具有太多随机性，所计算结果并不具有可靠性，故而本次模型偏保守的采用铰接支座。

2、荷载计算

1）楼梯自重，重力加速度取9.8

2）附加恒载：附加恒载投影计算值取0.6Kpa,折算为线荷载，踏步宽400，故折算为线荷载P1=0.4*0.6=0.24KN/m

3）活载取值：商场楼梯活载考虑3.5Kpa,折算为线荷载，踏步宽400，故折算为线荷载取值P2=3.5*0.4=1.4KN/m

3、荷载工况

1）标准荷载工况：自重+附加恒载+活载

2）基本荷载组合：分1.2和1.35组合，经计算，1.2组合为控制工况，也即1.2*（自重+附加恒载）+1.4*活载

4、荷载加载

由于本次计算只是线性计算，为了避免后续工况需要乘以系数由此带来的操作不便，在实际计算中，直接对荷载值乘以相应的系数，本次加载命令流如下：

Acel,,9.8*1.2

esel,s,sec,,2

sfbeam,all,2,pres,2.248e3

allsel,all

其中2.248=1.2*0.24+1.4*1.4

【计算结果】

1、结构位移云图

2、位移矢量图

3、最大位移差

4、主梁弯矩图(MZ)

4、主梁弯矩图(MY)

5、主梁轴力图

6、主梁剪力图

7、踏步板弯矩图

8、踏步板剪力图

9、踏步板轴力图

10、主梁单元Y侧应力云图

11、主梁单元Z压应力云图

【总结】

通过上面的分析可知，结构在最不利工况下的最大位移值为7.57mm，发生在外侧接近中级平台位置，结构最大差值大约为4mm，发生在平台位置。

结构主梁最大弯矩为16KN.m，最大剪力为8KN，最大轴力为86.6KN，主梁Y侧最大正应力为37.9Mpa，Z则最大正应力为38Mpa，静力计算结果满足规范要求。

当然，还可提取内力值，根据《钢标》手算应力值，以查看是否满足规范要求。