如下图1所示的空腹钢桁架，梁截面形式采用箱型截面，尺寸400×400×16（单位：mm），梁的跨度为L=15×2m=30m，采用Q235级钢，弹性模量为2.06×1011MPa，泊松比为0.28，密度为7.8×103 kg/m3。该空腹钢桁架上弦梁受竖向均布荷载30kN/m，边界条件按照两种情况施加相应约束：a. 在上下端部施加固定铰支座b. 仅在下弦杆端部施加固定铰支座（均只约束其平动自由度，不约束转动自由度），约束施加情况分别如下图所示，本章我们对此两钢桁架梁分别进行了静力分析、模态分析以及屈曲分析。
从上图可以看出，对空腹钢桁架模型一/二有限元模型进行静力分析有以下结论：1、采用BEAM44以及BEAM189单元均可以很好的模拟此类梁，利用此两种单元对该梁进行有限元分析，得到的结果相同。2、空腹钢桁架有限元模型一最大弯矩为674.87 kN . m，最大剪力为674.54kN，跨中位移为37.97mm
3、空腹钢桁架有限元模型二最大弯矩为417.64 kN . m，最大剪力为416.07kN，跨中位移为43.50mm。附：静力分析命令流如下（模型一）：!BEAM44单元建模!单位N,m$/prep$et,1,beam44$!进行beam189分析et,1,beam189$sectype,1,beam,hrec$secdata,0.4,0.4,0.016,0.016,0.016,0.016$mp,ex,1,2.06e11 !Q235钢材参数$mp,dens,1,7800$mp,prxy,1,0.28$!!!建立结构几何模型 $k,1$kgen,16,1,,,2,,,1$kgen,2,1,16,,,2,,16$*do,i,1,15 $l,i,i+1$*enddo$*do,i,1,15 $l,i+16,i+17$*enddo$*do,i,2,15$l,i,i+16$*enddo$latt,1,1,1,,,,1 $allsel,all$lesize,all,0.5$lmesh,all$lsel,u,,,all$/solu $nsel,s,loc,y,2$esln,s,1$sfbeam,all,2,pres,30e3$nsel,s,loc,x,0$d,all,ux$d,all,uy$d,all,uz$nsel,s,loc,x,30$d,all,ux$d,all,uy$d,all,uz$allsel,all$acel,,10$antype,0$time,1$nsub,10,20,5$outres,all,all$solve$save$/post1$etable,miy,SMISC,6 !Mz弯矩$etable,mjy,SMISC,12 $plls,miy,mjy $etable,Fzi,SMISC,2 !剪力$etable,Fzj,SMISC,8 !$plls,Fzi,Fzj,-1 $/post1$pldisp,1,0 !变形图
从上图可以看出，用BEAM4对空腹钢桁架简支梁模型一/二有限元模型进行静力分析有以下结论：1、采用BEAM4单元进行模型时，没有赋予剪切变形不均匀系数，没有考虑剪切变形的影响，计算结果与BEAM44/189单元结果有差距。2、空腹钢桁架BEAM4单元有限元模型一最大弯矩为689.34 kN . m，最大剪力为689.80kN，跨中位移为30.27mm。3、空腹钢桁架BEAM4单元有限元模型二最大弯矩为426.00kN . m，最大剪力为424.23kN，跨中位移为36.80mm。4、相对于BEAM189单元，BEAM4单元计算出的内力偏大，位移偏小。
结构失稳或结构屈曲是指当结构所受载荷达到某一值时，若增加一微小的增量，则结构的平衡将发生很大的改变，这种现象叫做结构失稳或结构屈曲。结构稳定问题一般分为两类，结构的弹性稳定分析为第一类稳定问题：第一类失稳：又称平衡分岔失稳、分枝点失稳、特征值屈曲分析。结构失稳时相应的荷载可称为屈曲荷载、临界荷载、压屈荷载。第二类失稳：结构失稳时，平衡状态不发生质变，也称极值点失稳。结构失稳时相应的荷载称为极限荷载或压溃荷载。
ANSYS进行特征值屈曲分析前需进行静力计算，此时应注意：⑴ 必须激活预应力效应：命令PSTRES设为ON便可考虑预应力效应。⑵ 由屈曲分析所得到的特征值是屈曲荷载系数，而屈曲荷载等于该系数乘以所施加的荷载。若施加单位荷载，则该屈曲荷载系数就是屈曲荷载。⑶ ANSYS容许的最大特征值是1000000。若求解时特征值超过此限值，可施加一个较大的荷载值。3、ANSYS进行特征值屈曲分析获得特征值屈曲解的过程：⑴ 进入求解层：命令格式：/solu⑵ 定义分析类型：命令格式：ANTYPE,BUCKLE或ANTYPE,1⑶ 定义求解控制选项：命令格式：BUCOPT,METHOD,NMODE,SHIFT,LDMULTE用此命令定义特征值提取方法、拟提取的特征值个数、特征值计算的起始点等参数。一般情况下建议采用LANB（分块兰索斯法）、特征值数目为1。⑷ 定义模态扩展数目命令格式：MXPAND,NMODE,FREQB,FREQE,Elcalc,SIGNIF若想观察屈曲模态形状，应定义模态扩展数目，也可在提取特征值后再次进入求解层单独进行模态扩展分析
1.4.3 空腹钢桁架的侧倾屈曲分析梁的侧倾屈曲也称为弯扭屈曲或梁丧失整体稳定，属于特征值屈曲分析的一种。梁单元中BEAM44和BEAM18X系列可以考虑梁的侧倾屈曲。本节在对空腹钢桁架进行屈曲分析时，采用了BEAM4、BEAM44、BEAM189单元，计算中为考虑重力的影响。当空腹刚桁架模型受单位竖向均布力，得出的一阶屈曲荷载影响系数即为一阶屈曲荷载，结果如下表所示
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20100930-刘浩- ANSYS应用-空腹钢桁架梁.pdf
