某工程圆管钢结构T T节点受力分析

某工程T T 形节点受力分析报告

1．TT 形节点受力分析

基本参数，主管35125φ?，支管15722φ?，两支管水平夹角为60，采用相贯焊接，钢材为Q345。

图1 TT 节点俯视图

受力简图：

图2 TT 形节点前视图

2. 计算分析

主管顶端受竖直向下荷载P0作用，两支管分别受竖直向下荷载P 的作用。其中P0为固定荷载值2800KN ，P 分别取200KN ，300KN ，400KN ，500KN ，600KN 五个等级加载，可以获得不同的弯矩，剪力组合。

ANSYS 非线性分析，采用shell181单元，加载端部设有刚度很大的加载板，各荷载组合应力图中，红色部分表明米塞斯应力达到屈服应力。

图3 P=200KN时的应力云图（上图为俯视图，下图为仰视图，下同）图3表明，当P=200KN时节点处没有米塞斯应力达到屈服强度。

图4 P=300KN时的应力云图

图4表明，P=300KN时，节点处也无米塞斯应力达到屈服强度。

图5 P=400KN时的应力云图

图5表明，当P=400KN时，支管下端的主管小部分主管区域米塞斯应力达到屈服强度。

图6 P=500KN时的应力云图

图6表明，当P=500KN时，支管下端的主管部分小部分主管区域米塞斯应力达到屈服强度。

图7 P=600KN时的应力云图

图7表明，当P=600KN时，支管下端的主管相当部分主管区域米塞斯应力达到屈服强度，而且支管上端下端接触主管部分也出现了小范围的屈服区域。

3.理论解分析

根据《钢管结构技术规程》，由于当2i d d t ≤-时，平面内弯矩不应大于下式规定的抗冲剪承载力设计值；

2

2

3sin 4sin Pj

i si

i v i M

d tf θθ??+= ???

本文节点根据上式计算可得104.8Pj

si M

M KN m ≤=

再根据支管节点处的平面内抗弯承载力设计值计算公式，并结合本例的受力和几何参数可得：

135Pj i M KN m =

两者比较取较小值，故计算所得max

104.8M KN m =，故可以推得

max 442P KN =

4.极限承载力

用ansys 计算本例中结构的极限承载力，可得如图8所示的荷载位移曲线。

图8 荷载位移曲线

故可得本例的极限承载力为12000.87071044cr P KN KN =?=

从极限荷载下的应力云图9可知，节点大部分区域已经达到米塞斯应力屈服点。

图9 荷载达到极限承载力时的应力云图

5.支管挠曲线分析

在只有弯矩和剪力的情况下，支管会产生挠度，由于绘制挠曲线困难，故取支管的远端点和根部的节点位移绘制下图，可较为直观的看出支管的变形。

图10 支管两端的竖向位移

6.轴力和弯矩共同作用

改变荷载组合，受力简图如图11所示，其中N可能为拉力，也可能为压力；P0和P为固定数值。

图11 弯矩与轴力共同作用

6.1受力分析理论解

假设支管受到轴向压力，根据《钢管结构技术规程》，可以计算出轴向力设计值，然后根据公式

1i o pj pj pj i i o

M M N N M M ++≤ 其中平面外弯矩等于零，故可得：

1i pj pj

i i M N

N M +≤ 本例已经得到平面内抗弯承载力设计值pj i M ，同时加载固定弯矩i M 。 当N 为压力时，计算轴力设计值的公式

0.2

211.51()sin pj cT n d d N t f t

ψψθ=

当N 为拉力时，轴力设计值为：

1.4pj pj tT cT N N =

故轴向压力计算可得：

1680.3188.7pj

cT c N KN N KN =?=

轴向拉力计算可得：

2133.6240pj tT t N KN N KN =?=

6.2 ANSYS 计算结果

利用ansys 计算可得当轴向力为N=188KN 的压力时的应力云图如图12所示。

图12 轴压力下的节点应力云图

当轴压力N=240KN的拉力时的应力云图如图13所示

图13 轴拉力下的应力云图