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K型铸钢节点研究

顾文涛  
【摘要】:钢管结构因其具有轻巧美观,用钢量省等优点,在我国得到了迅速的发展,应用范围也愈来愈广。铸钢节点在现代大跨钢管结构中表现出了造型美观、可塑性强、受力安全合理等优点,正在逐渐被工程设计人员应用于工程实际之中。本文利用有限元分析软件-ANSYS实现了对K型铸钢节点与钢管相贯节点在强度和节点转动刚度上的对比,并对K型铸钢节点在若干关键几何参数变化情况下进行了弹塑性大应变分析,并跟踪节点在整个加载阶段各点的应力、应变变化过程,计算出了节点的极限承载力。在非线性有限元求解过程中,考虑了网络精度、边界条件、材料特性等因素,结合10节点实体单元和4节点壳单元各自的特点分别应用于铸钢节点和与之焊接的钢管,使得到的极限承载力具有较高的工程精度。分析证明,通过合理的设计,可以使K型铸钢节点只在与钢管连接接口处发生轴向屈服破坏,避免了一般K型钢管相贯节点的支管拉压共同作用下过度变形破坏和冲切破坏,提高了结构连接的安全度。 通过对K型铸钢节点与K型钢管相贯节点的有限元分析表明,K型铸钢节点应用于结构后,节点连接不能按照相贯节点铰接假设计算,也不可按照简单刚接考虑。K型铸钢节点存在刚域,使得与之相连的杆件转动会受到刚域的约束,计算长度进一步降低。本文通过计算与公式推导相结合的办法,提出了一种计算K型铸钢节点刚域长度的方法。对影响刚域长度的若干几何参数进行了分析,给出了节点刚域长度随几何参数的变化趋势,并根据该趋势通过数值拟合的方式提出了计算公式。 最后,本文结合铸钢节点的铸造生产工艺对节点构造的合理性进行了探讨,提出了对实际工程设计有益的建议和理论依据。


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