新旧钢结构连接节点受力性能分析.pdf

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1、程波等：新旧钢结构连接节点受力性能分析101新旧钢结构连接节点受力性能分析程波，邱鹤，程江敏(1．浙江天地环保工程有限公司。杭州310012；2．浙江省天正设计工程有限公司。杭州310012)【摘要】由于不能满足新的使用功能要求，钢结构厂房改扩建星现越来越多的趋势，当前国内外对既有钢结构进行改造加固的技术Et益成熟，但是对于新旧钢结构连接节点的研究相对较少。本文以某电厂钢支架结构加固设计为例，将新旧钢柱翼缘和腹板对接焊接，并设置闭合的环向加劲板增强新老结构的节点连接。为了验证该加固技术的可行性，运用通用有限元分析

2、软件ANSYS11．0对新旧钢结构连接节点进行数值模拟。结果表明：通过对接焊接新旧钢柱，并在连接节点设置环向加劲板的加固方法能有效保证新旧钢结构连接节点的承载力，新旧钢结构连接节点整体受力均匀，满足承载力设计要求。【关键词】钢结构；连接；节点；数值模拟【中图分类号】TU352；0383【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2012)08—0101—02钢结构已广泛应用于工业和民用建筑，随着工业边柱新旧钢结构连接节点采用对接焊接钢柱翼缘和生产技术的不断改进，服役期的工业厂房不能满足新腹板、设置环向加劲板的

3、加固技术。的使用功能要求，通常需要对钢结构进行改造加固。新旧钢结构连接节点如图1所示，根据柱截面尺目前钢结构的加固方法主要包括：减轻荷载、改变计寸加工制造伸长边柱，施工时，首先在安装伸长边柱算图形、加大原有结构构件截面和连接强度、阻止裂的节点两侧布置千斤顶，千斤顶逐级加载至边柱最大纹开展等⋯。苏庆田等在宝钢二号高炉炉体框架轴力的50％；然后吊装伸长边柱，校正后立即对焊拼的加固设计中运用了多种加固方法，将工字型截面改接伸长柱和原边柱的翼缘和腹板；等焊缝冷却之后，为箱型截面；工字型截面外包矩形钢箱；在荷载作用焊接环向

4、加劲板；在焊缝冷却之后，再对千斤顶逐级点增设柱子等。刘礼华等对组合钢柱进行了计算卸载，对接完成。分析并提出了加固方法。龚顺风等运用有限元分析软件ANSYS对加固后钢柱的非线性屈曲性能进行了研究，得到了十分有价值的结论。新旧钢结构连接节点是钢结构改扩建加固设计中的一个重要环节，国内对于这种加固技术的理论研产'0究还比较欠缺。本文以某电厂脱硝钢支架结构的加固设计为例，通过对接焊接新旧钢柱翼缘和腹板，并工在新旧钢结构连接节点外侧设置闭合的环向加劲板进行加固，合理有序的施工显著增强了新旧钢结构连(b)左立面图接节点的承载

5、性能。为了验证该加固技术的可行性，(a)正立面图并为钢结构改扩建的加固方案设计提供理论基础，本文采用有限元法分析了加固后新旧钢结构连接节点的受力性能，通过黏结模拟加劲板和梁柱之间的焊接。1加固方案某电厂三层钢支架，高19．5m，由于新增SCR反应器等脱硝设备，需要在原有钢支架上部新立脱硝钢支架结构。脱硝钢支架设计高度50．6m，两个SCR反(c)l一1剖面图(d)2应器重约1200t，并且支撑点位于高度38．0m处，服役—2静J面图时间较长的原支架难以承受新增SCR反应器等设备图1新旧钢结构连接节点加固方案的自重

6、和操作荷载，因此需要改扩建钢支架。由于业主单位要求尽可能减少经济损失，选择原有设备不停2有限元模型产，利用并伸长原有钢柱，同时新立钢柱的方案，其中采用有限元软件ANSYS11．0对上述新旧钢结构102低温建筑技术2012年第8期(总第170期)连接节点加固方案进行数值模拟，并选择构件连接相钢结构连接节点总体受力均匀，满足结构承载力设计对复杂、荷载较大的节点进行分析。所有钢材均为要求。Q345，弹性模量E=2．06X10’MPa，屈服强度=345MPa，泊松比l，=0．3，密度P=7850kg／m3。通过钢结构分析

7、软件STAADPro计算出最不利组合工况荷载作用下梁柱的内力，并将其转化为构件反弯点处的等效荷载施加到模型。选择ANSYS11．0提供的SOLIID5单元建立有限元模型，SOLID95单元支持塑性、应力刚度、大变形，具有较好的计算精度。伸长柱、原边柱、钢梁和加劲板之间的焊接采用黏结模拟。为了减少边界效应对计算结果的不利影响，构件长度适当取大。有限元模型图3新旧钢结构连接节点等效应力如图2所示，共5364个单元。各构件尺寸和等效荷载见表1。4结语本文通过ANSYS11．0软件建立新旧钢结构连接节点的数值模型，分析了

8、节点在最不利荷载组合工况下构件的应力分布。结果表明，新旧钢结构连接节点的应力分布比较均匀，该加固方案能够满足结构使用要求，合理的设置加劲板有效地改善了节点的连接性能。图2新旧钢结构连接节点有限元模型参考文献[1]CECS77：96，钢结构加固技术规范[s]．表1构件截面尺寸及等效荷载[2]苏庆田，张其林，但泽义，等．宝钢二号高炉炉体框架的加固设计[J]．建筑结构学报，20