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1、一种矩形钢管焊接节点不同加劲构造受力分析吴威(同济大学土木工程学院,上海200092)摘要:通过Abaqus软件对某博物馆工程中一种矩形焊接钢管节点进行了有限元静力分析,研究了两种不同加劲构造对节点应力水平的影响。分析结果表明:设置内部的纵向加劲板能很好地降低节点域的应力水平,并且在保证工程结构安全的前提下,可以采用简化的节点加劲构造形式,缩短施工周期,节约成本。关键词:焊接钢管节点;静力分析;加劲构造中图分类号:TU392.3文献标志码:A文章编号:1672-4011(2017)02-0052-02DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2017.02.024
2、0前言图1模型简图钢管结构近年来在工程结构中得到了广泛的应用。钢管截面具有一系列独特的优越性能,如各向等强、抗扭刚度大、承载力大等。钢管组成的结构轻巧美观,而且用钢量比[1]型钢组成的结构省。已经有许多学者对钢管焊接节点的受力性能,极限承载[2][3]力等进行了理论分析,试验研究和有限元分析。目前在许多工程中,管节点处杆件多,受力状态复杂,常需要对节点设置加强措施。其中设置内部的加劲板能有效提高节点[4]的强度和刚度,而且不影响节点的美观。但对于节点密集的空间杆件结构,过多地增大加劲板的用量又会造成材料的浪费,施工工艺复杂,成本提高。因此,本文针对某博物馆工程中一种矩形焊接钢管节
3、点进行了有限元静力分析,探究不同加劲构造对节点应力水平的影响。图2两种加劲构造表1模型杆件截面mm×mm×mm×mm1模型建立杆件截面本文采用Abaqus软件建立了如图1所示的标准模型。脊柱箱形350×120×25×16在模拟矩形钢管时,一般采用的方法有实体单元模拟或者壳环梁箱形250×80×12×18单元模拟,本文中模型全部采用实体单元(solid单元)模拟,斜杆箱形180×80×30×20杆件与杆件之间的连接采用Tie连接。材料均采用考虑理想横向加劲板板300×88×16弹塑性的Q345B钢。脊柱高1680mm,两端环梁各长800纵向加劲板板350×88×16mm,两端斜杆分
4、别长600、800mm,并与脊柱呈45°夹角。表2荷载和边界条件kN为研究不同加劲构造对节点应力水平的影响,本文共设置了如图2所示的两种加劲构造,所有模型的外形尺寸均一杆件编号边界条件施加轴力(压负拉正)致。同时为进行对比,本文还设计了一组无纵向加劲板的节1自由端-1470点模型。模型中杆件的荷载均同步施加,模型杆件截面见表2自由端15901,荷载和边界条件见表2。3自由端-21004固定约束-5固定约束-6固定约束-收稿日期:2016-12-262结果分析作者简介:吴威(1993-),男,江西弋阳人,在读硕士研究生,主要研究方向:钢结构。经过Abaqus有限元计算,得到如图3~
5、5的Mises应力·52·云图。向加劲板的节点构造降低幅度大于2组纵向加劲板的节点构造。表3各级轴向荷载下应力比值kN轴向荷载/最大施加荷载1组纵向加劲板2组纵向加劲板0.03330.38450.31020.06670.38430.31020.11670.38430.31020.18330.38440.31030.25000.38430.3102图3节点Mises应力云图4节点Mises应力云0.31670.49530.3997图(无纵向加劲板)图(1组纵向加劲板)0.38330.57130.46120.45000.66810.53940.51670.76520.61770.58
6、330.86230.69590.65000.95910.77420.71671.00000.85250.78331.00000.93070.85001.00001.0000图5节点Mises应力云0.91671.00001.0000图(2组纵向加劲板)0.98331.00001.0000从图3~5可以看出,三类节点在施加到给定荷载时均1.00001.00001.0000进入了屈服状态,最大Mises应力均出现在2号杆(斜杆1)从受力原理上来看,设置了2组纵向加劲板的节点构造与脊柱的连接处,并且无纵向加劲板的节点进入塑性状态的传力更为直接,2号杆(斜杆1)上的力直接通过纵向加劲板面
7、积远远大于设置了纵向加劲板的节点,这说明纵向加劲板传递到右侧的4号杆(环梁2)和5号杆(斜杆2)上;而在设能很好地改善节点域的应力分布。置了1组纵向加劲板的节点构造中,2号杆(斜杆1)上的力将节点域最大Mises应力提取出来,与2号杆(斜杆1)需要先传递到脊柱上,再通过脊柱传递到加劲板上,最后传轴力画成曲线,如图6所示。从图6可以看出,随着轴力的递到右侧的杆件。增大,无纵向加劲板节点的最大Mises应力与设置了纵向加劲板节点的最大Mises应力差别越来越大,在施加到1/3轴3结论
