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摘 要

上个世纪中后期，有限元分析（FEA)横空出世，解决了许多难以通过理论技术解决的实际工程问题。计算机技术慢慢地提升，给了有限元分析技术提供了很大的帮助。自出现以来，有限元分析各种领域中被人们所关注关注，其应用范围是极大的。

本次设计的内容是对某一带螺栓连接件的钢梁柱结构设计和仿真分析。从古至今，钢梁柱结构一直被人们所研究，它是现代建筑中必不可少的核心部分。其巧妙的结构，完美地解决了了建筑中存在的各种支撑受力问题，为建筑的稳固提供了保障。本文将为一桥梁的支撑设计出符合要求钢梁柱结构，经过力学公式的粗略验算确定尺寸，然后以有限元分析技术为手段，对该钢梁柱结构进行进一步的应力分析计算。ANSYS软件是一款大型通用的有限元分析软件，本次将使用它完成钢梁柱结构静力分析。

通过ANSYS软件进行钢梁柱结构的建模，添加已确定的参数，并且施加各种约束和荷载来模拟钢梁柱结构在支撑桥梁时的场景，最后计算出钢梁柱结构各部分的受力情况，得到应力云图和应力数据。

综上所述，分析结果云图和数据，该钢梁柱结构完全可以满足要求。从此我们可以看出对于一些无法通过传统的力学方法分析的结构，有限元分析技术可以完美地解决，该技术具有广阔前景。

关键词：钢梁柱结构、螺栓连接、有限元分析、ANSYS

ABSTRACT

In the middle and later period of last century, finite element analysis (FEA) came into being, which solved many practical engineering problems that are difficult to be solved by theory and technology.The further development of computer technology provides material conditions for the realization of finite element analysis technology.Since its appearance, the finite element analysis has been paid attention to in various fields, and its application range is very large.

The content of this design is to design and simulate a steel beam column structure with bolt connections.Since ancient times, steel beam column structure has been studied by people, it is an essential core part of modern architecture. Its ingenious structure perfectly solves all kinds of supporting problems in the building and provides guarantee for the stability of the building.In this paper, a steel beam column structure is designed to meet the requirements for the support of a bridge. The size of the structure is determined by the rough checking calculation of the mechanical formula, and then using finite element analysis to calculation the further stress analysis.ANSYS is a finite element analysis application which is large and used universally,we will use it to solve steel beam column structure’s static analysis in this paper.

Modelling the steel beam column structure by ANSYS, fill in some parameters, and Add some constraints and loads to simulate the scene of the steel beam column structure when supporting the bridge, finally calculate the stress situation of each part of the steel beam column structure, get the stress nephogram and stress data.

In conclusion, the analysis results cloud chart and data show that the steel beam column structure can fully meet the requirements. From then on, we can see that for some structures that can not be analyzed by traditional mechanical methods, the finite element analysis technology can be perfectly solved, which has a broad prospect.

Key words: steel beam column structure, bolt connection, finite element analysis, ANSYS.

目录

第1章绪论 1

1.1研究的目的与意义 1

1.2钢梁柱结构的发展概况 1

第2章系统环境的介绍 2

2.1 浩辰CAD简介 2

2.2 ANSYS简介 3

第3章钢梁柱结构的设计 3

3.1项目背景 3

3.2基本结构的确定 4

3.2.1 梁柱的钢材和钢型的确定 4

3.2.2基本结构的确定 7

3.2.3钢梁柱结构强度的初步校核 14

第4章钢梁柱结构的仿真分析 18

4.1有限元分析 18

4.1.1有限元分析发展历史 18

4.1.2有限元分析步骤 19

4.2钢梁柱结构的有限元分析 19

4.2.1前处理阶段 19

4.2.2分析计算模块 25

4.2.3后处理阶段 31

4.3结果云图的分析 32

第5章总结与展望 36

5.1论文总结 36

5.2展望与不足之处 36

参考文献 38

致谢 39

第1章绪论

1.1研究的目的与意义

在现代建筑中，梁柱结构也是一直被使用，所以对于梁柱结构的研究是历史发展的必然趋势。当今社会对于梁柱结构的研究主流是梁柱结构材料和节点的研究，还有梁柱结构与其他材料的混合使用形成更加完美实用的结构，如“框架结构”，该结构是以梁柱为核心，墙体为辅助，梁柱结构来承受屋顶和外界带来的压力，建筑的围墙不需要受到很大的压力，它只用遮风挡雨即可。本次毕设中，我决定研究这一切的基础，钢梁柱的结构设计与仿真分析。根据查阅资料，得到一定的条件，设计出钢梁柱的基本结构，然后通过ANSYS软件的建模功能和静力分析功能对该机构进行分析，根据分析结果对该结果进行适当的调整和改进，从而得到符合要求的钢梁柱结构。

1.2钢梁柱结构的发展概况

梁柱结构是华夏民族特有的建筑结构，在很多年前的半坡文化时，黄河中游的华夏居民们，仅仅依靠深厚的土层，在自己挖的洞穴上种植树木，用树枝和树叶来当成遮风挡雨的屋顶，这就是梁柱结构的雏形。夏商那个时候，由于各代王朝的兴起，它们建造都城，这个时候我们中国古代的梁柱结构建筑就已经很多了。使用梁柱结构做成建筑的原理是很简单的，通过多根树木做的立柱作为支撑，然后用木棍搭建成梁，最后用茅草覆盖就可以作为一个房子用来居住，但时慢慢地社会发展，匠人技术进步，就以基本的梁柱结构为基础，发明了越来越多更加复杂的造型和模样，依据结构的不同刻意分成穿斗、叠斗、抬梁等款式，依据实用效果有皇宫观式、普通民用式、凉亭榭式、楼塔式等，结构种类多多。为了表现出结构方面的巧妙，在保证不丢失它原有优点的情况下，大多数梁柱建筑都会把梁柱的内部木头结构暴露在人们的视野中，就这样我们后人可以直观地欣赏这一切并且感概先人们的只会智慧。梁柱结构建筑事实上在支承重量的能力上比不上由石头做的房子，但是木头之间都是通过榫卯连接在一起，具有很强的韧性，所以面对地震时不容易破损裂开，抵御地震效果要比石头做的房子更好，于是就有了“墙倒屋不塌”这句谚语。

现代建筑中最为常用的框架结构便是以梁柱结构为基础，与之前不同的的地方在于材料的选择，因此钢梁柱结构便成为了热门。在钢梁柱结构材料的研究中，相关专家以钢梁柱为基础，研发各种新型混合材料结构。20世纪后期，美国是第一个在传统的钢筋混泥土组成的框架结构、钢结构及后面出现的钢骨混泥土复合的框架结构的基础上，成功发明了一种通过钢构件和钢筋混泥土构件共同组合而成的新型组合式框架结构体系，而且完美的在中层和高层建筑使用。同一时间，日本建筑专家们很快地认识到了这种类型组合结构的优点然后立马进行了相关的研究。

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