螺栓节点联结构件的等效优化分析.pdf

《螺栓节点联结构件的等效优化分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、建材世界2010年第31卷第6期螺栓节点联结构件的等效优化分析查小鹏，闰淼(中南建筑设计院股份有限公司，武汉430071)摘要：对工程中广泛使用的螺栓节点联结进行了详细分析，建立了螺栓联结节点的精细有限元模型，以刚度矩阵的误差最小为等效原则，在把节点处杆件的半刚性联接等效为杆端截面抗弯刚度下降的基础上，通过优化等效方法，得到了螺栓节点联结扦件的精细有限元模型与简化有限元模型的等效关系。关键词：螺栓联结；刚度矩阵；优化等效DirectIdentificationonDynamicLoadofGuyedMastZHAXiao—peng，

2、RUNMiao(Central．SouthArchitecturalDesignInstituteCoLtd，Wuhan430071，China)Abstract：ThispaperestablishedafineFEMofboltconnectingjointwidelyusedinactualsteelstructures．Basedone-qualingthesemi—rigidconnectingasthereductionofmemberendsectionbendingstiffness，anoptimizationeq

3、uivalentmethodisputforwardontheprincipalofminimizingtheerrortermbetweenstiffnessmatrixoffinedmodelandoneofequiv—alentsimplemodel．Keywords：boltconnecting；stiffmatrix；optimizationequivalentmethod准确的结构模型是计算正确性的前提条件，尽可能地使结构模型符合实际受力情况是结构分析的首要任务。节点联结是钢结构的重要组成部分，它的工作特性直接影响着整个

4、结构在荷载作用下的性能。在杆系钢结构中，螺栓节点板联结是一种广泛使用的联结型式，然而在一般的设计与分析当中，对于这种联结型式往往采用过于简单的铰接或刚接假设，这与实际情况有一定差异，有必要进行改进。1螺栓联结的特点与等效方法根据受力变形特征及传力程度，钢结构节点的联结通常可分为3类：刚性联结、柔性联结、半刚性联结。采用刚性联结的节点延性较差，容易发生脆性破坏，而半刚性节点具有很好的联结性能，较强的耗能能力，更多的屈服容量和延性容量，同时可节省节点的用钢量，这使得半刚性联结成为一种既经济又可靠的联结方式。广泛应用于钢结构中。目前我国钢

5、结构设计中通常假定其联结为完全72刚性或理想铰接，但实际中不论怎样联结都介于刚性与铰接之间。虽然使用这些理想的联结特性可以使分析和设计过程大大简化，但是结构的计算结果可能不大符合实际，因为实际所用的大多数联结在荷载作用下，都会传递一些弯矩而同时又产生一定的变形。这样，这些假定就只能代表在真实结构中极少用到的极端情况。工程中广泛使用螺栓节点板联结实际上是半刚性的，其转动特性在程度上介于完全刚接和铰接之间b¨为了对结构进行较为准确的分析，需要建立精确的有限元模型，然而，一般一个较为精确的螺栓联结节点有限元模型的自由度数量就在1～10万之

6、间，若将结构上所有螺栓联结节点均按精细有限元进行建模型，其自由度之大可想而知，就目前的计算能力来看，其单元数量之大以及接触非线性分析的困难将使得分析计算根本无法实现，其分析结果的精确程度更是得不到保证。鉴于此，下文以螺栓节点板联结为研究对象，建立了螺栓联结节点的精细2010年第31卷第6期有限元模型，提出了一种优化等效的方法，即以刚度矩阵的误差最小为等效原则，在把节点处杆件的半刚性联结等效为杆端截面抗弯刚度下降的基础上，通过基于共轭梯度法的优化等效方法，建立了螺栓节点联结杆件的精细有限元模型与简化有限元模型的等效关系【2J。2基于A

7、NSYS有限元的接触分析【3J在建立螺栓联接节点的模型之前，需要对杆系结构的节点类型进行分析，抓住主要矛盾，找出主要受力节点的联接种类，忽略占比重较小、次要受力的节点类型，以减少分析的工作量。为了准确地获取螺栓节点板联结构件的刚度特性，对节点联结构件采用精细实体有限元模型。其中螺栓联接采用高强度螺栓联接形式，高强度螺栓除了其材料强度高，屈服应力大之外，还给螺栓施加很大的预应力，使被联接构件的接触面之间产生挤压力，因而垂直于螺栓杆的方向有很大的摩擦力。这种挤压力和摩擦力对外力的传递有很大的影响。预拉力、抗滑移系数和钢材种类都直接影响到

8、高强度螺栓联接的承载力。某输电线塔的两类典型的螺栓联接节点的精细有限元模型如图1和图2所示。选取包含有一段构件的螺栓联结节点为研究对象，对于图1的节点模型，螺栓采用8．8级M24高强度螺栓，其屈服点940N／mm2，设计预拉力225k