钢平台通过16根立柱固定在地面上，平台结构如下图1所示，平台分割的9个小平台的空间尺寸都为3400×4000×2000mm。平台板所用的材料都为Q235A，其中平台板材板厚为t6，方钢管规格为150×150×6mm。此计算的钢平台的结构特点为大跨度，横梁的跨度分别为3.4m和4m；细长杆件支撑，立柱方钢的高度达到2m，而截面面积较小；薄板结构，平台板的板厚仅为6mm；因此对平台可负载载荷计算时，至少需要从刚度、强度和屈曲稳定性三方面考虑。
图1 平台几何结构
2、钢平台的计算模型
2.1 有限元模型
平台结构较大，9个独立的平台因为立柱相距较远，相互之间的支撑加强效果不明显；因此选取外围的独立分割这种最不利结构进行平台校核，计算模型如图2所示。对平台计算模型采用壳单元四边形网格进行模型处理，得到平台有限元模型网格节点为19446个，单元为19825个，平台网格模型如下3图示。
图2 平台计算模型
图3 平台网格模型
2.2 约束方式
约束平台下角立柱端面的三个平移自由度UX、UY和UZ，如图2所示。
2.3 载荷
平台上工作面采用t6的板材，在没有加强方钢的区域为最薄弱的工作区，根据经验，在图2所示的三个区域同时加载0.01Mpa的压力。同时考虑结构自重的影响。
2.4 工况
根据平台的特点，以上述载荷和约束组合为计算工况1；在工况1的基础上进行屈曲分析，校核细长板材和立柱支腿的屈曲稳定性为工况2。
2.5 材料属性
平台自制件用普通碳素钢Q235，弹性模量E=2.12e5Mpa，泊松比v=0.288，密度ρ=7850kg/m^3；钢材的屈服强度σs=235Mpa，抗拉强度σb=375~500Mpa。
3、钢平台的计算结果
3.1 刚度值
刚度是指材料或结构受力时抵抗弹性变形的能力。是材料或结构弹性变形难易程度的表征。在宏观弹性范围内，刚度是结构荷载与位移成正比的比例系数，即引起单位位移所需要的力。细杆和薄板在受侧向外力作用时刚度很小，但细杆和薄板如果组合得当，边界支持合理，使杆件只承受轴向力，板只承受平面内的力，则它们也能具有较大的刚度，因此，对此钢平台结构刚度值的计算，即变形量的计算，是结构构件布置和受力合理性的验证。故而，根据平台的约束和载荷进行有限元求解，计算得到平台的变形云图如4所示。可知，平台结构工况1的最大变形量分别为14.6mm，位于中间板材区域的中心。
图4 平台工况1变形云图
3.2 应力值
在力学上，材料在外力作用下抵抗破坏（永久变形和断裂）的能力称为强度。强度是机械零部件和结构首先应该满足的基本要求。强度计算则是指计算出材料或结构在给定环境下的应力和应变，并根据强度理论确定材料或结构是否破坏。有限元计算时，零部件或结构在设定的边界条件下，划分合适的单元网格，一般按等效应力计算理论，即可得到零部件或结构在指定工况下的应力值，与材料的许用应力进行比较，则可以判断零部件或结构的设计是否满足强度要求。因此，同时计算得到工况1下平台结构的应力云图如图5所示，其中平台结构的最大应力值为146.6Mpa，位于立柱上端。
图5平台工况1应力云图
3.3 屈曲临界因子
屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷。屈曲源自欧拉从一端固支另一端自由的受压理想柱出发．给出了压杆的临界载荷。所谓理想柱，是指起初完全平直而且承受中心压力的受压杆。设此柱是完全弹性的，且应力不超过比例极限，若轴向外载荷P小于它的临界值，此杆将保持直的状态而只承受轴向压缩。如果一个扰动(如横向力)作用于杆，使其有一小的挠曲，在这一扰动除去后。挠度就消失，杆又恢复到平衡状态，此时杆的直的形式的弹性平衡是稳定的。若轴向外载荷P大于它的临界值，柱的直的平衡状态变为不稳定，即任意扰动产生的挠曲在扰动除去后不仅不消失，而且还将继续扩大，直至达到远离直立状态的新的平衡位置为止，或者弯折。此时，称压杆失稳或屈曲。常用的线性屈曲是是以小位移小应变的线弹性理论为基础的，分析中不考虑结构在受载变形过程中结构构形的变化，也就是在外力施加的各个阶段，总是在结构初始构形上建立平衡方程。当载荷达到某一临界值时，结构构形将突然跳到另一个随遇的平衡状态。根据平台的工况1约束和载荷进行线性屈曲求解，计算得到平台的临界屈曲云图如6所示。平台结构最小载荷放大系数为2.62，位于中间板材区域的中心。
图6 平台工况2下的临界屈曲因子
4、小结
平台结构在薄弱区域同时作用0.01Mpa压力时，最大变形量为14.6mm，变形量在可接受的范围内。最大应力值为146.6Mpa，位于立柱上端，取工况的安全系数n=1.3，则材料的许用应力[σ] =180Mpa，平台结构最大应力稍小于材料的许用应力值。平台板的最小屈曲载荷倍率为2.62，大于通常1.5的倍率要求。
综上计算，平台板在工作面最大载荷作用为0.01Mpa（约为1t/m2），即每平方米区域内放置1吨的重量，平台的结构设计是满足要求的。
转自：明珞风采