某工程转换桁架铸钢件节点有限元分析

《某工程转换桁架铸钢件节点有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2。：。1年0。：)月鬈霸s枷嬲磊j易磊苞胞删占罢氅警意三罴某工程转换桁架铸钢件节点有限元分析彭丽华(信息产业电子第十一设计研究院有限公司，四川成都610021)摘要：结合工程实际，采用有限元软件ANSYSll．0对铸钢节点在设计荷载作用下的工作状态进行模拟分析。分析了节点的荷栽反应和塑性发展变化情况，并得出了结论。关键词：铸钢节点；有限元；应力中图分类号：1'U201．4文献标识码：B文章编号：1672—4011(2010)05一0010—031说明1．1工程概况某大型公用项目，位于城区繁华地段，建筑物

2、设防类别为重点设防类(乙类)，抗震设肪烈度7度，设计地震分组为第三组，设计基本地震加速度值为0．10g，特征周期为0．45s，场地类别为Ⅱ类。基本风压为0．30kN／m2，地面粗糙度为D类。基本雪压为0．10kN／m2。工程为了获得30nl的大挑空入口，在第6层采用钢桁架作为转换层，桁架采用0390C高强度合金钢材质，钢梁翼缘板厚度为50～70mm，一些节点处有六至八个方向杆件都是采用焊接的方式连接。根据焊接特性分析，厚板节点部位如果焊缝越多，产生的内应力就越多越复杂(热胀冷缩的原理)，当超过一定范围，就

3、会发生节点处母材撕裂的现象(某已建工程曾发生过类似情况)。桁架GHJl的跨度为25nl(见图1)，上部楼层全部荷载作用在此桁架上。鉴于厚板焊接后易产生较大内应力，且情况复杂多变，很难计算；桁架单个节点有6至8个方向的焊接连接接口，节点连接现场施工难度很大，为避免节点处发生母材撕裂的现象，拟采用铸钢件节点。铸钢节点是在模具里一次浇注成型，再进行精加工和热处理，能基本消除内部应力，解决应力集中导致母材撕裂的问题。目前，国内一些著名工程已有铸钢件节点应用的成功范例；如上海环球金融中心工程，深圳万科中心等工程均有

4、采用铸钢节点。图1GHJl沿中心线展开立面图1．2节点材料及力学性能(1)材料牌号：ZG25Mn(热处理状态：正火+回火)；(2)材料强度设计值：如表1所示。表1材料强度设计值序号密度(kg／m3)7850l弹性{=}{f&}(N／mm2)2．06×1052剪变模量(N／ram2)7．9×1043泊松比O．304强度设计值(N／ram2)295(3)材料力学性能指标：如表2所示。表2铸钢节点材料力学性能屈服强度抗拉强度延伸宰收缩率冲击值钢材牌号crs(MPa)叮b(MPa)8(％)由(％)Aku(J)ZC

5、25Mn≥330≥490≥20≥35t>471．3荷载说明工程节点问题采用离散化的数值计算方法并通过计算机得到数值解。本次计算对节点的结构分析主要是利用有限元数值计算方法，借助有限元软件ANSYSll．0对节点在设计载荷作用下的工作状态进行模拟分析。铸钢节点设计反力通过整体结构PKPM软件计算模型提取得出，针对中震、模型四等情况设计工况组合，并选取最不利组合作为各节点边界条件施加于计算模型上。荷载组合主要考虑恒载(DL)、活载(LL)、风荷载(X向风荷载Wx、Y向风荷载Wy)、地震荷载(x向地震荷载Ex、

6、Y向地震荷载Ey、竖向地震Ez)等作为铸钢节点设计依据。节点分析所涉及I．2DL+I．4LL、1．2DL+0．6LL+0．28X—W+1．3X—E、1．2DL+0．6LL一0．28X—W一1．3X—E等6种工况组合，作为节点数值分析的外部载荷。根据节点设计图纸，将节点和节点端部连接杆件整体建模，在杆件端部施加整体模型中提取的节点反力，进行结构设计载荷作用下的非线性分析。各工况组合及编号如表3所示。表3设计工况组合汇总：GHJl荷载组合表X—WY—WX—EY—EZ—EDL(中震)11．21．40O21．2O

7、．6O．2801．3O0．531．20．6一O．28O一1．30O．541．2o．60o．2801．3O．551．20．6O—O．28O—1．3O．52有限元模型2．1材料模型本次计算假定所研究的铸钢节点模型为弹塑性材料，铸钢节点屈服强度为330MPa，极限强度为490MPa，正切模量取为弹性模量的3％，具有相当长的屈服阶段及良好的塑性，其本构关系选取见图2的模型。2．2单元选取及模型端部处理根据工程特点，以及ANSYS单元的基本特征和适用范围，在实际分析中，铸钢节点由SOLID45、SOLID70及MA

8、SS21单元建模。建模时，将各节点单肢端头刚化，并将刚化区域内节点自由度耦合于位于端头截面形心处的主节点处。施加荷载时，加在主节点上。2．3边界条件各设计载荷作用下的节点边界条件的定义与整体有限元模型的边界条件基本保持一致，计算模型从初始状态开始比例加载至设计载荷；节点模型中柱端等小位移部位根据实际结构进行固定。下面仅就ZG一1分析计算，其他节点计算方式相同，不在赘述。了塑性流动及大变形，结构丧失了承载力，发生破坏，最节点模型