钢管桁架节点腹杆(支管)加强板受力分析及设计计算.pdfVIP

第十四届全国现代结构工程学术研讨会 钢管桁架节点腹杆(支管)加强板的受力分析 及设计计算 刘于晨1 周学军1 李世骏2 刘波3 刘毅轩4 (1．山东建筑大学土木工程学院，济南7501012．北京世纪安泰建筑工程设计有限公司，北京1000443．天津市建筑设计院，天津300384 4．中国五洲工程设计集团有限公司，北京100053) 摘要：支管带外加强板的管桁架是一种常见的节点形式，主要用于支管(腹杆)之间夹角较小、管径较大的情况下，这不 仅使结构安装变得容易，而且补强了被大量削弱的支管，但是对于支管加强板设计的研究至今还很少。鉴于此，利 用ansys有限元软件建立了在不同变量和腹杆之间夹角较小情况下的K型(带一字型外加强板)和KK型(带十字 型外加强板)钢管节点有限元模型，另外还分别建立了不带加强板的K型(包括一管削弱和两管削弱两种情况)、 KK型钢管节点(包括三管削弱和四管削弱两种情况)有限元模型，进行对比分析，得出加强板受力特点，从而制 定出加强板厚度的设计计算公式。 关键词：钢管结构节点，外加强板，有限元模拟，节点承载力 一、引言 随着工农业、交通业的日益发展，以及人们生活质量的不断提高，再加上管桁架自身施工方便、自重 轻以及可以满足大跨度需求等优点，使得管桁架不仅在使用量上逐年增加，而且其建筑形式也是千变万化， 这就使得近年来出现了很多不同的管桁架节点的构造形式，其中包括山东艺术歌剧院用了半球节点，还有 主管(悬杆)加半套管和全套管的钢管节点，以及现在用的比较多的支管带加强板的钢管节点，等等。支 管带加强板的钢管节点的构造形式可以很好的解决因为腹杆之间的夹角较小，使得施工起来比较的困难问 题，而且补强了被大量削弱的支管，增加了节点的承载能力。以往对于支管加强板设计时尺寸的选取主要 依靠施工和设计经验，没有进行科学的分析和计算，并且加强板的使用对节点承载能力的影响机理至今还 无答案，因此有必要对带加强板钢管节点的力学性能进行系统研究。目前，钢管(相贯)节点按支管节点 的削弱情况主要可分为两种构造形式：削弱和带加强板的节点。以K型节点为例，被削弱的钢管节点是其 支管与支管在相贯面以内的部分切开舍去，利用焊接使其支管相贯连接，其余的面与主管相贯，如图l所 示；削弱的钢管节点是其中一支管与主管相贯，另～支管部分切去，与主管相贯，其他面再与主管相贯， 如图3所示；带加强板的钢管节点是在全削弱钢管节点的基础上，在支管相贯面上与主管垂直方向上增加 一个加强板(如图5所示)，分别与两个支管和主管焊接连接，如图7所示。与之相应的KK型节点相贯面 的构造形式如图2、4、6、8所示。K型节点一字型加强板的上边缘取支管相贯线以上20mm，宽度取主管 的直径，下边缘与主管水平中心线平齐，并形成45度斜角，外伸长度取30ram；KK型节点十字型加强板 中的一条加强板与K型加强板的尺寸取法相同，另一条加强板焊接在主管的上部，上边缘与之齐高。本文 的写作思路是，通过ansys有限元软件建立了对支管面积的削弱和带加强板的模型，来进行对比分析，研究 外加强板在节点受力过程中的作用和受力特点，由于这些节点的破坏形式不止一种，因此，用有限元软件 很难精确地计算出各节点的承载力。也就是说，只能通过研究其受力特点，用材料力学和空间几何原理， 来对外加强板进行设计设计。 700 工业建筑2014增刊 第十四届全国现代结构工程学术研讨会 二、有限元计算模型 全削弱、半削弱和带加强板钢管节点的有限元模型，从而得到了不同节点类型下的荷载．位移曲线和各加载 好的精度，而且计算速度快，同时由于采用协调的位移插值函数，可很好地适应曲线边界；支圆管均采用 SOLID92单元，由于支管的相贯面比较的复杂，而利用六面体单元很难进行网格的划分。接触单元的行为 设定为永久绑定，初始条件设为忽略初始间隙和初始侵入。该节点的模型全部采用Q345的钢材，弹性模量 X E=2．06 边界条件的设定为主管的一端固结，另一端沿横向约束(滑动约束)，允许轴向位移；支管的加载端沿径向 约束(滑动约束)，允许有轴向位移。加载方式是对主管横向约束端截面施加轴力，对支管横向约束端施加 位移荷载，其中一支管旆加其