斜交网格结构空间相贯焊接节点承载力有限元分析

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1、斜交网格结构空间相贯焊接节点承载力有限元分析：本文对某观光塔结构中一个斜交X格结构空间相贯焊接节点在多种荷载工况下的受力性能进行了分析并与规范计算值进行了比较。考察了不同壁厚、有无加设竖向或横向拼接板等多种因素对节点的极限承载力的影响及达到极限承载力时的破坏特征，从而对节点性能做出了综合评价。　　关键词：空间相贯焊接节点；斜交X格；有限元；承载能力　　Abstract:inthispaper,thestructureofaGuanGuangDaechanicalpropertiesandthestandardcalculationarepared.Exa

2、minethedifferentanykindsoffactorsontheboardofthenodeoftheultimatebearingcapacityandlimitbearingcapacitytoinfluencethefailurecharacteristics,akestheprehensiveperformanceofnodeevaluation.　　Keyent;Carryingcapacity　　　　　　：TU972.2：A：　　0引言　　某筒中筒结构的观光塔，塔总高122.5m，外筒由不同角度的钢管柱斜向相贯而成，内筒由4根圆钢

3、管柱组成核心筒。外筒直径最大处23.6m，中间段直径最小为8m，上下柱不在一个平面内，形成双向倾斜相贯的空间管节点，节点受力大且复杂。　　为满足外形要求，本文采用在节点区域设置横、竖向拼接板的构造方式。设拼接板使节点受力明显复杂，拼接板的位置、厚度、数量对节点的受力性能都有影响。本文采用ANSYS对塔典型节点进行有限元分析，探索节点的承载力性能和破坏模式，明确节点管与拼接板的作用。　　　　　　1建立计算模型　　1）节点构造　　　　图2为塔典型节点构造，节点管尺寸为Φ402/25，管平面外交角为170.4°，平面内交角为33.9°、32.9°。横向拼接板H

4、B与竖向拼接板SB板厚均为50mm。　　2）模型建立　　　　节点钢材弹性模量E=2.06×105N/mm2，泊松比为0.3。节点采用solid95单元，采用体扫掠X格划分方式形成六面体单元。假定节点底端为固定约束，顶部为只有沿节点管轴向方向位移的滑动约束，在节点管顶部施加集中荷载。　　斜交X格结构中的斜柱能把大部分水平荷载以轴力的形式传给基础，避免二阶弯距的产生。本文只针对顶管只承受轴向力作用的理想节点的承载能力进行分析。　　节点受力分析　　首先研究节点在弹性阶段的性能，本文对节点在P1=P2=P、P1=-P2=P、P1=P2=-P、P1=-PP2=0、

5、P1=PP2=0等五种工况下的受力性能做有限元分析。材料采用线性模型，模型选用Mises屈服准则及相关流动法则，采用等向强化理论。　　经分析得各工况的承载力设计值.。在P1=P2=-P、P1=P2=P两种工况下，节点中心区凹面首先达到钢材强度设计值；在P1=-PP2=0、P1=PP2=0工况下，节点中心区凹面受力一侧先达到钢材强度设计值，而凸面应力还在较小状态。说明节点的空间构造形式使节点在这些工况下存在平面外弯矩作用。在P1=-P2=P工况作用下节点应力最大值出现在横向拼接板下方竖向隔板与管壁交接处管壁内侧，凹面和凸面应力值相差不大，这说明在这样的荷载

6、工况下节点平面外弯矩基本抵消。　　　　由该塔结构整体分析计算，该节点最大设计荷载值为拉力：-1604KN、压力：3247.3KN。节点设计承载力最小为设计荷载值的1.24倍。以工况P1=P2=-P为例，设计荷载作用下和在1.2倍设计荷载作下，节点Mises应力最大值分别为：235MPa和284MPa。故节点承载力富余较大。　　　　3节点管、拼接板的作用分析　　1）拼接板对承载力的影响　　假定节点管壁厚为25mm不变，仅改变拼接板的数量、厚度等因素，选取了22个不同的模型进行了模拟试验比较，计算结果见表3.1.由表中数据可知：随竖向拼接板板厚的变厚，节点极

7、限承载力有明显提高，且提高幅度有变缓趋势；在横向拼接板板厚小于16mm前，节点极限承载力有一定的提高，板厚大于16mm后提高不明显。22个模型达到极限承载力时均在节点中心区节点管壁出现较大的塑性区域，　　　　　　　　2）节点管厚度对承载力的影响　　在SB和HB厚度均为25mm不变的情况下通过改变节点管壁厚来观察对节点承载力性能的影响。选取7个试件进行模拟研究，计算结果见表3.2。由表可知：随着管壁厚度的增加，极限承载力显著提高，基本成线性关系。达到极限状态时，节点中心区上下管连接处出现较大的塑性区域。　　　　　　根据上述分析可见：拼接板起到了约束节点管壁

8、径向变形的作用，其中SB的约束作用最大，HB次之。SB沿节点全高在一定程度上增加