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近年來，大量集貿市場、活動中心和簡易廠房采用了鋼網架屋頂結構。在鋼網架屋頂結構的相關設計參數初步確定后，如何對參數的可行性和結構的可靠度進行評價是個重要問題。目前在很多建筑設計院中采用中國建筑設計研究院開發的ＰＫＰＭ軟件進行檢算。本研究基于有限元理論，利用ANSYS軟件對鋼網架結構進行有限元分析建模、劃分網格、加載并求解，對該結構的變形和強度進行檢算。
某集貿市場的屋蓋為鋼網架結構，由簡支的鋼網格組成，接頭設置在網格的交點處。整個屋蓋為32ｍ×32ｍ，由16×16個網格組成，每個網格為2ｍ×2ｍ，網格高1ｍ。所有網格都采用標準構件拼裝而成，包括角鋼、鋼板和中空方鋼，接頭為鋼板加螺栓組成，接頭板厚10ｍｍ，螺栓為Ｍ20型。屋蓋頂部采用鋼屋面板作為防水材料，厚1.6ｍｍ。
該集貿市場屋蓋鋼網架結構的平面和立面布置圖如圖所示，鋼網架結構的上、下弦桿，斜桿和豎桿所采用的型鋼如圖所示，進行計算所用到的參數如表所示。
通過方程的求解，可得到鋼網架結構各節點的位移和結構內各桿件的軸力。本研究鋼網架結構各節點的位移對應著結構的變形，鋼網架結構內各桿件的軸力對應著結構的強度，結構變形及其強度正是本設計的2個重要指標。有限元理論的具體應用和結構相關參數的求解分析見下文。
在對具體問題進行有限元分析時，首先要做的就是針對相應問題建立適當的有限元模型，由節點和單元構成的有限元模型與結構系統的幾何外形是一致的，其中最主要的是單元類型和形狀的選擇，以及網格的劃分。
由于鋼網架屋頂結構中各桿件在端點處通過螺栓、鉚釘、銷釘或焊接而連接在一起，故本研究在建模前進行2點假設：一是各桿件均由光滑的桿件和球形節點連接在一起，而且只要連接構件的中心線相交于一點，通過螺栓或焊接而連接的節點都看作光滑的銷釘(無彎曲)；二是所有外荷載均施加在節點上。
啟動ANSYS程序，依次定義材料、結構實常數和分析單元的類型。打開link1實常數對話框，添加4種link1單元的實常數，鋼網架屋頂中上、下弦桿、豎桿和斜桿的截面積分別為0.001 952ｍ2、0.001 35ｍ2、0.000 7ｍ2和0.000 389 2ｍ2。然后輸入鋼材的彈性模量2×1011及其泊松比0.3，關閉材料本構模型對話框，建立該鋼網架屋頂結構的有限元模型，如圖所示。
在建立了有限元模型之后，就可以對模型施加荷載并求解。施加荷載是進行有限元分析的關鍵步驟之一，可直接對實體模型施加荷載，也可以對網格劃分之后的有限元模型施加荷載。本研究采用后者，對網格劃分完畢后的有限元模型進行了加載。在ANSYS中對模型施加荷載，可有多種方法，而且通過荷載步選項，可以控制求解過程中如何使用荷載。荷載包括邊界條件和模型內外部的作用力，在結構分析中通常有：位移、力、彎矩及溫度等。本研究中采用的外荷載為施加于節點上的集中力，邊界條件為在模型左端相應節點處ｘ、ｙ兩方向無位移(固定鉸支座)，在右端相應節點處ｙ方向無位移(活動鉸支座)。
根據鋼網架屋蓋結構的實際受力情況，對結構模型進行加載模擬，在下弦桿各節點處施加方向向下、大小為352.6ｋＮ的力，在上弦桿中間部分各節點處施加方向向下、大小為806.4ｋＮ的力，在上弦桿兩端節點處施加方向向下、大小為403.2ｋＮ的力，加上外荷載和相應邊界條件后的鋼網架結構有限元模型如圖所示。
經本研究分析，得出結論如下：
(1)在隧道洞外精密控制測量的復測中，對組成的同名基線進行距離和方位角對比可以很驗證復測成果是否符合施工精度要求。
(2)同名基線的驗證方法可以有效地反映觀測誤差對隧道橫向貫通誤差的影響。
(3)工程實踐證實，同名基線對比分析可避免過于繁瑣的內業工作，及時確保施安全和進度。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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