对于石油井架结构焊接节点的刚度计算

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1、2012正第41卷石油矿场机械第2期第17页OILFIELDEQUIPMENT2O12，41(2)：17～2O文章编号：1001-3482(2012)02一O01704石油井架结构焊接节点的刚度计算邹龙庆，刘冬，崔晓华(东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆163318)摘要：为研究梁端节点连接的柔性对连接的非线性性能的影响，提出了空间钢架半刚性梁单元的元刚度矩阵的表达形式。将半刚性焊接节点分为受剪焊缝、受弯梁翼缘焊缝和受剪节点域3类件，分别计算各组件初始刚度，再将其进行组装，推导了连接节点初始刚度的理论计算公

2、式。JJ160／41一K型钻机井架结构为例，采用理论公式计算立柱与拉筋连接节点的初始刚度，并与相的有限元计算结果进行对比分析，2个结果吻合较好。关键词：井架；节点分析；刚度中图分类号：TE923文献标识码：AMechanicalPropertiesofWeldedJointsforOilDerrickStructureZOULong—qing，LIUDong，CUIXia—hua(CollegeofMechanicalScienceandEngineering,"，NortheastPetroleumUnivers

3、ity，Daqing163318，China)Abstract：Aimingattheflexibilityofthebeam—to—columnjointsconnection，whichisaneffectonnonlinearityoftheconnection，theformulationofthesemi—rigidbeamelementstiffnessmatrixforthree—dimensionalsteelframeisgiven．Theformulatocalculatetheinitia1s

4、tiffnessofsemi—rigidweldedjointwasproposedbydividingthejointintoweldinginshearing，weldingofbeamflangeinbendingandcolumnpanelzoneinshear．Theinitialstiffnessofeachcomponentwascalculatedandcombinedtogeneratetheoverallinitialstiffnessofthejoint．Aimingatstructuralp

5、roblemofjointbetweencolumnsandgirtonJJ单160组／41以一K应typederrickusedinDaqingOilFieldatpresent，theinitialstiffnesswasobtainedbyformulacalculation．Bycomparisonbetweentheresultsofformulacalculationandfiniteelementanalysisforweldedjoints，itshowedthattheresultsbetween

6、formu—lacalculationandFEMhavegoodmatch．Keywords：drillingderrick；nodeanalysis；rigidity在传统钢结构的设计和分析中，假设梁柱连接少l2]。在对石油井架结构进行有限元分析时，通常是刚度为无穷大的完全刚接或刚度为零的理想铰将井架各杆件间的连接考虑成完全刚接的形式_3]，接。实际上，任何刚性连接都具有一定的柔性，而铰忽略了实际工况下立柱与横拉筋、斜拉筋之问焊接接都具有一定的刚性，工程中的梁柱连接通常介于节点连接性能对井架结构各方面性能的影响

7、。本文这两者之间，属半刚性连接l_1]。近年来，国内外有关推导了空间钢架半刚性梁单元的单元刚度矩阵，提半刚性连接的研究成果很多，主要集中在梁柱节点出了梁柱焊接节点初始刚度的理论计算方法。以的弯矩一转角曲线，以及对平面框架进行初步分析和JJ160／41一K型井架为例，应用ANSYS有限元软件讨论，对具有半刚性连接的空间框架的分析依然很验证了公式的合理性。收稿日期：2011-09—06基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目(11541010)作者简介：邹龙庆(1962一)，男，辽宁复县人，教授，博士，主要从事石油井架

8、的设计、承载能力及检测、安全评定研究工作。石油矿场机械2012年2月为单兀节点i的扭转角位移；，为单兀节点i1半刚性梁单元刚度矩阵在zz及xy平面内的角位移；F为节点i的轴向梁单元是用于生成三维结构的一维理想化数学力；F，F为节点i在z及z平面内的剪力；M模型，三维梁单元是具有拉伸、压缩、扭转和弯曲功为节点i的扭矩；，为节点i在zz及z平面能的单轴单元。每个