南通市體育會展中心分叉柱底鑄鋼節(jié)點應(yīng)力集中及承載力問題的分析研究.pdf

1、鋼管結(jié)構(gòu)因其具有輕巧美觀、用鋼量省等優(yōu)點，在我國得到了迅速的發(fā)展，應(yīng)用范圍也越來越廣泛。鑄鋼節(jié)點在現(xiàn)代大跨度鋼管結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出了造型美觀、可塑性強、受力安全合理等優(yōu)點。正在被工程設(shè)計人員應(yīng)用于工程實際中。 南通體育會展中心工程作為一個大型建設(shè)項目在許多部位采用了鑄鋼節(jié)點，尤其是在分叉柱底等受力較大的關(guān)鍵部位也使用了鑄鋼節(jié)點作為主要受力構(gòu)件。為了保證整個結(jié)構(gòu)的正常工作，有必要對分叉柱底鑄鋼節(jié)點的工作狀態(tài)作出評估，找到設(shè)計中存在的問題

2、，并加以解決。因此本文利用有限元分析軟件ANSYS對南通會展體育中心分叉柱底鑄鋼節(jié)點的應(yīng)力集中情況以及極限承載力做了分析研究，并得出了一些有用的結(jié)論，希望能對類似的多管相交鑄鋼節(jié)點的設(shè)計和制造起到一定的參考和指導(dǎo)作用。 首先，本文對分叉柱底鑄鋼節(jié)點在四種正常工況荷載下的應(yīng)力狀態(tài)作了分析。通過布置在鑄鋼節(jié)點內(nèi)外側(cè)各關(guān)鍵部位的測點的應(yīng)力情況，證實了該鑄鋼節(jié)點存在比較嚴重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。結(jié)合其它文獻的一些關(guān)于多管相交結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中問題的

3、研究成果，本文指出了多管相交鑄鋼節(jié)點容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，然后分析了降低鑄鋼節(jié)點應(yīng)力集中的方法，證明了鑄鋼節(jié)點的倒角區(qū)域以及在內(nèi)部設(shè)置加勁肋是降低鑄鋼節(jié)點應(yīng)力集中程度的行之有效的方法。 其次，通過對分叉柱底鑄鋼節(jié)點與沒有倒角區(qū)域的鑄鋼節(jié)點在極限承載力及破壞形態(tài)上的對比，并對鑄鋼節(jié)點在若干關(guān)鍵幾何參數(shù)變化情況下進行了彈塑性大應(yīng)變分析，并跟蹤節(jié)點在整個加載階段各點的應(yīng)力、應(yīng)變變化過程，計算出了節(jié)點的極限承載力。在非線性有限元求解過

4、程中，考慮了網(wǎng)絡(luò)精度、邊界條件、材料特性等因素，利用10節(jié)點實體單元模擬鑄鋼材料的特性，使得到的極限承載力具有較高的工程精度。分析證明，通過合理的設(shè)計，可以使多管相交的鑄鋼節(jié)點的破壞形態(tài)只是單支管達到屈服強度，發(fā)生軸向屈服破壞，避免了一般管節(jié)點在各支管軸向拉壓力共同作用下過度變形破壞和沖切破壞，提高了結(jié)構(gòu)的安全度，并且充分利用了鑄鋼材料的強度。 最后，本文結(jié)合鑄鋼節(jié)點的鑄造生產(chǎn)工藝對節(jié)點構(gòu)造的合理性進行了探討，提出了對實際工程設(shè)