大型钢结构节点承载力的有限元分析.pdf

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1、V01．5No．3第5卷第3期2013年6月Jun．2013大型钢结构节点承载力的有限元分析沈国辉孙炳楠楼文娟陈震(浙江大学建筑工程学院，杭州310058)【摘要1采用有限元方法计算大型钢结构节点的承载力，针对带加劲肋和不带加劲勋的十字型钢管节点，给出有限元方法的建模过程和建模方法，计算在支管轴向荷载作用下的承载力，并将有限元计算结果与足尺试验结果进行比较。研究发现，在支管承压情况下有限元建模时可以对支管的模型进行简化；带加劲肋和不带加劲肋十字型钢管节点的有限元分析结果与足尺试验结果比较吻合；有限元方法可以获得荷栽位移曲线的下降段。【关键词】有限元；钢结构；节点；承栽力；足尺试验

2、【中图分类号】TU312；TU391【文献标识码】A【文章编号】1674—7461{2013)03-0032—05经济性。1前言本文的研究对象为十字型的钢管节点，分为带加劲肋和不带加劲肋两类形式，采用有限元方法分大型钢结构节点在土木构筑物如高层钢结构、析支管轴压情况下钢结构节点的承载力，给出有限输电塔、电视塔等中得到广泛的应用，钢节点起到元方法的建模过程和建模方法，将有限元分析结果杆件之间力传递的作用。如果钢节点由于超出了与足尺试验结果进行比较以探讨有限元分析的准承载力而产生破坏，会使得结构的传力路径中断或确性，研究结果对类似节点的设计和承载力估计有改变，可能会导致结构整体承力体

3、系的局部破坏和重要的参考价值。整体破坏。获得大型钢结构节点的承载力以保证结构设计的安全、经济、合理具有重要的意义。2钢节点的有限元建模方法钢结构节点承载力的获取途径通常为：规范查阅、理论推导、足尺试验和有限元计算。以往已有带加劲肋和不带加劲肋的十字型钢管节点如图一些相关的研究大型钢结构节点的承载力，Paul1所示。采用ANSYS的空间8节点实体单元SOL-等⋯在空间节点试件试验结果的基础上得出极限IIM5进行计算，该单元每个节点有三个自由度，具有承载力公式；Makino等心1建立了圆钢管相贯节点试考虑应力强化、大变形和大应变等能力。材料采用双验和有限元分析的数据库；Kang等”1

4、对空间节点的线性随动强化模型，强化模量取弹性模量的1／100。承载能力进行试验分析和理论研究；鲍侃袁等H1对钢管节点中，支管与主管通过连接板进行连带连接板K型钢管节点进行足尺试验和理论推导；接，连接板之间采用高强螺栓进行固定。由于螺栓邢丽等”1采用有限元和试验方法研究焊接球节点和连接板之间是抗剪连接"引，如果完全考虑高强螺的承载能力；刘红军∞1和白强"1等对环形加肋节点栓的夹紧作用，需要在有限元中模拟出连接板之间进行弯矩作用下的承载力研究。规范查阅¨’91规范接触和螺栓的预紧力，这样可能会导致建模过程非查阅口。通常针对常见的节点；理论推导对于复杂的常复杂，也使得计算效率大大降低，

5、因此须进行支钢结构节点存在着一定的困难；足尺试验虽然精度管部分的建模简化。图2(a)给出了有支管的节点高但代价巨大；相比而言，采用有限元方法既然较有限元模型，该模型完整地模拟了主管、支管、连接好地获得大型钢结构节点的承载力，又具有很好的板和螺栓，模拟连接板之间、螺栓孔壁和螺栓杆之【基金项目】国家自然科学基金资助项目(51178425)【作者简介】沈国辉(1977一)，男，博士，副教授。主要研究向：结构风工程和结构计算分析。大型钢结构节点承栽力的有限元分析间的摩擦接触作用和螺栓杆内的预紧力，有支管模节点有限元模型，无支管的节点有限元模型总单元型的总单元数为108695；图2(b)给

6、出了无支管的数为56447。AREASTYPENUM咪A1R0篱139l20-z【mVOL。UM—ES4【⋯⋯⋯(a)有加劲肋节点(b)无加劲肋节点图1有无加劲肋节点的示意图(a)有支管模型(b)无支管模型图2有无支管情况下的有限元模型NoDALSoLLrnONJAN142012STEp--116：39：59SUB=6TIME=1SEQV(AVO)DMX=l93(a)有支管模型(b)无支管模型图3设计荷载下应力云图对比计算两个模型在支管轴向荷载作用下的响应，宽0．4m，厚0．012m。同时针对该节点进行承载力计算发现两个模型得到在主管、环板和加劲肋上响的足尺试验，试验在浙江大学的

7、电液伺服多功能试应几乎相同，图3给出了设计荷载下两个模型的应验机YAW。10000F中进行，主管水平放置，沿支管方力云图，结果比较接近。图4给出了支管在主管长向加轴向压力。度内的荷载位移曲线，发现两条曲线几乎完全吻在图5中给出了有限元和足尺试验情况下荷载合，说明有支管模型中，支管和螺栓主要起到荷载位移曲线的比较，两种结果比较吻合。同时还可以传递的作用，对主管、环板和加劲肋上的受力影响发现：(1)在弹性阶段，有限元结果的刚度较试验值很小，因此在计算中采用无支管的有限元模型。略大，主