方钢管节点加劲板布置分析范文

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《四川建材杂志》2014年第四期

1两种不同加劲板设置方式对比分析

1913年，VonMises提出当点应力状态的等效应力达到某一与应力状态无关的定值时，材料就屈服;因此多采用EquivalentVonMisesStress评价金属的应力情况。在ANSYS中。现对该节点分别按a方式(加劲板沿主管轴向布置)和b方式(加劲板沿主管截面布置)进行静力线弹性分析，得到相应的EquivalentVonMisesStress(以下简称EVM)应力图如图2～3所示。比较图2～3可以看出:加劲板按a方式布置时，节点处有明显的应力集中，高应力区较大;加劲板按b方式布置时，支管无加劲板一侧的应力分布得到明显改善，主支管管壁的高应力区大幅缩小。按a方式布置时，加劲板上应力分布与支管一致，加劲板两端与主管相交处有明显的应力集中;按b方式布置时，加劲板应力水平比支管大很多，并在与主管相交处有明显的应力集中。

产生以上现象的原因在于，按a方式布置时，加劲板与支管同样都只是支撑在主管翼缘板上，而翼缘板面外刚度较小，此时荷载通过支管和加劲板直接作用于主管翼缘板上，形成明显的冲切效应，造成很大的集中应力。相反，按b方式布置时，加劲板的两端由主管腹板支撑，根据力按刚度分配的原则，腹板极大的面内刚度保证了荷载主要通过加劲板传递到主管腹板，而不是通过主管翼缘板再传递给主管腹板。因此，通过以上对比可以得出，加劲板按a方式布置时不能起到加劲作用，在节点连接处不会出现明显的内力转移;按b方式布置时，在连接处大部分内力通过加劲板传递到主管腹板，降低了支管与主管之间的应力水平，加劲效果显著。

2轴向受拉极限承载力

根据前述分析，采用b方式对该节点布置加劲板。接下来进一步对b方式布置时，此节点的极限承载力进行探究。仍采用图1所示模型，钢材本构关系取为双折线随动强化模型，屈服强度345MPa，其余条件与前文一致。对节点模型进行静力弹塑性分析，得到Mises应力云图和节点最大位移处(支管无加劲一侧底部中点)的荷载－位移曲线。

如图4～5所示。从图4可以看出，主支管连接处的部分主管翼缘板及靠近加劲板处的部分主管腹板均出现屈服，同时由于弯作用，主管跨中下翼缘板也出现部分屈服。主管与支管绝大部分区域应力水平正常，仍能继续工作。从图5荷载位移曲线可知，在控制点位移2.65mm处，该节点达到其极限承载力，为725kN。GB50017－2003《钢结构设计规范》中10.3.4相关条文建议取令主管表面的局部凹(凸)变形达到主管宽度b的3%时的支管内力为节点的极限承载力(承载力极限状态);取局部变形为0.01b的支管内力为节点正常使用极限状态的控制力。本文节点的主管宽度b=300mm，根据钢结构设计规范，0.01b=3mm与2.65mm基本一致，因此，判断节点位移在接近3mm时，其极限承载力受到正常使用极限状态的控制。

3总结

通过对a、b两种加劲板布置方式的对比分析以及按b方式布置时的极限承载力分析，可以得出以下结论:1)对于T型方钢管节点，加劲板按a方式布置不能起到有效加劲作用，应按b方式布置加劲板。2)该T型方钢管节点极限承载力为正常使用极限状态承载力。

作者：吴玮单位：同济大学建筑工程系