不等宽T型方管节点性能的有限元分析.pdfVIP

·154· ‘工程力学增刊 1999 不等宽T型方管节点 性能的有限元分析 武振宇 张耀春 谭慧光 (哈尔滨工程大学博士后流动站．咯尔滨 (哈尔演建筑大学建筑 (暗尔j宾重型机器厂房 市南岗区公司舒107号16l#150006) 工程学院。150008)产处．哈尔演150001) 摘要 本文采用有限元方法分析了不等宽T型方管节点的受力全过程，对材料应变硬化、大挠 度效应及弦杆所受荷载对节点承载力的影响进行了研究。研究结果表明，材料应变硬化对节点影响不大． 大挠度效应显著提高了节点的承载力，弦杆所受轴压荷载降低了节点承载力． 关键词 不等宽T型方管节点，应变硬化，大挠度效应，弦杆荷载，有限元 1引言 直接焊接不等宽T型方管节点是一种简单的节点形式，对其性能的研究一直被视作更 复杂节点性能研究的基础，深受关注。这种节点的研究早在五十年代末就已开始．但对其 研究大多局限于实验和简化分析上，由于节点局部应力分布的复杂性，对其应力的测量， 既使采用先进的应力测量手段，也很难准确地确定节点处的应力状态。有限元方法是一种 行之有效的应力研究手段，本章作者采用非线性有限元程序对不等宽T方管节点的受力全 过程进行了分析，研究了它与相应的十字型节点的性能差异，以及钢材应变硬化现象、大 挠度效应和弦杆所受荷载对节点受力性能的影响。 2不等宽T型方管节点受力全过程分析 2．1有限元分析方法 文献[1】建立了不等宽T型方管节点的有限元分析方法。钢管节点被离散成三维退化曲 壳元，在曲面曲率突变处采用坐标转换法口】实现节点位移的连续性。文献[1】采用拉格朗日 描述建立结构的非线性平衡方程，将弧长法、荷载增量法、修正牛顿一拉夫逊法、完全牛 顿一拉夫逊法、线性有哪些信誉好的足球投注网站技术和在拟牛顿法基础上建立起的加速求解技术有机结合建立了 非线性平衡方程求解方法。通过若干数值算例验证了所编程序的的正确性，并对一些实验 模型进行了分析pJ，结果表明该程序能够准确处理钢管节点在受力过程中出现的几何和材 为直接焊接钢管节点性能分析提供了一个有效的工具。 士后 ‘工程力学增刊 1999 2．2节点受力全过程分析 取一方管节点，弦杆截面为100x 100×3，屈服点为416．9肭r卅m2，支杆截面为50× 60×3．屈服点为430．9肋锄m。．取该节点1，4作为计算模型(图1)，采用理想弹塑性材 料模型，计算所得变形图见图2，荷载位移曲线见图3． 在加载过程中，支杆所围区域基本保持一致的竖向位移，支杆下弦杆腹板发生俩向凸 起，凸起最大点在腹板正中偏上位置，从节点最终变形图可以看出腹板和翼缘发生了相当 大的变形．在加载的初期，节点依靠翼缘板的弯曲和抗剪作用承担荷载，并把荷载传至腹 板，翼缘上尚未形成张拉作用。腹板处于压弯工作状态，荷载达6．55千牛后。节点域开始 陆续进入屈服，张拉作用逐渐形成并发展。在节点应力分析中，每个壳元采用45个积分 点，壳面采用3×3高斯积分，壳厚度方向采用5个点的Labbat0积分．作者发现几乎每一 点都是厚度方向表面的点先屈服，而后向里发展。这表明，沿张拉场方向翼缘处于拉弯工 作状态．在加载过程中节点处支杆轴向应力分布不均匀，杆壁处于压弯工作状态。在远离 节点处，支杆承受均匀轴向压力． 圈lT型节点计算模塑(1，4节点) 田2T型节点变形 舯 ∞ 善 一●O 啦 20 童杆■高位●(mm’ i#■^＆Bt_nI 圈3青戴位移曲线 田4T型节点与十字墅节点比较 2．3材质应变硬化的影响 以往研究者嗍把塑性铰线模型计算的承载力低于节点承载力的原因归结为应变硬