摘要：梁、柱節(jié)點(diǎn)作為鋼框架中的關(guān)鍵連接部分，直接影響著結(jié)構(gòu)在荷載作用下的整體性能。本文運(yùn)用ANSYS軟件，對最不利荷載組合工況作用下梁柱剛接節(jié)點(diǎn)數(shù)值模型進(jìn)行計(jì)算分析，得到了連接節(jié)點(diǎn)各組件相應(yīng)的應(yīng)力分布，并提出一些改進(jìn)的建議。

　　關(guān)鍵詞：脫銷,鋼支架結(jié)構(gòu),剛性節(jié)點(diǎn),應(yīng)力分析

　　火力發(fā)電廠脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)主要支撐一次風(fēng)機(jī)煙道、SCR脫硝反應(yīng)器、進(jìn)出口煙道，平臺扶梯、管道等附屬設(shè)施，由于整體結(jié)構(gòu)高度大、跨度大、自重大，對梁和柱將產(chǎn)生較大的作用效應(yīng)。梁、柱節(jié)點(diǎn)作為鋼框架中的關(guān)鍵連接部分，起著傳遞構(gòu)件之間的彎矩和剪力的作用，其連接性能直接影響著整個(gè)結(jié)構(gòu)在荷載作用下的整體性能。本文運(yùn)用ANSYS軟件對脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)剛性節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值模擬，重點(diǎn)分析節(jié)點(diǎn)連接部位和螺栓的應(yīng)力分布，以期為鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提供參考。

　　1 有限元模型

　　建立有限元實(shí)體模型，考慮到邊界效應(yīng)，柱的截面高度相對梁截面高度適當(dāng)選大，剛性連接節(jié)點(diǎn)模型柱高為4.0 m，梁長為2.5 m，采用10.9級M20摩擦型高強(qiáng)螺栓，連接板厚度為10 mm。在ANSYS中定義了Q345和20MnTiB兩種鋼的材料模型，梁柱翼緣、腹板、加勁板、連接板為Q345鋼，螺母、栓體及墊圈為20MnTiB鋼。材料為各向同性，彈性模量取2.06×105 MPa，泊松比取0.3，密度取7.8×10-6 kg/mm3，接觸面摩擦系數(shù)為0.5。計(jì)算采用Von-Mises屈服準(zhǔn)則，材料強(qiáng)化采用多線性隨動(dòng)強(qiáng)化準(zhǔn)則。

 圖2 有限元模型

　　從整體結(jié)構(gòu)的不同荷載組合中選取最不利組合工況，根據(jù)軸力圖、剪力圖和彎矩圖，將荷載轉(zhuǎn)化為有限元模型中柱端和梁自由端的等效荷載。

　　2 數(shù)值模擬結(jié)果

　　柱翼緣應(yīng)力分布所示，從中可以看出柱翼緣應(yīng)力分布對稱合理。最大應(yīng)力位于柱翼緣和梁翼緣焊接處，大小為93.6 MPa，遠(yuǎn)小于鋼材的屈服強(qiáng)度，表明在此不利荷載工況作用下剛性連接節(jié)點(diǎn)柱翼緣局部受力性能較好。

　　梁腹板應(yīng)力分布所示，梁腹板整體應(yīng)力分布較為合理， 在100 MPa左右，應(yīng)力較大的地方主要分布在上下兩排螺栓孔，最大值約為327.0 MPa，主要由于螺栓孔的應(yīng)力集中引起。應(yīng)力集中導(dǎo)致的最大值小于材料屈服強(qiáng)度，該腹板的承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，局部應(yīng)力集中可以通過現(xiàn)場焊接施工工藝進(jìn)行改善，從而進(jìn)一步降低螺栓孔周邊的最大應(yīng)力。

　　梁翼緣應(yīng)力分布，梁翼緣整體應(yīng)力分布合理，應(yīng)力較大的地方位于梁腹板和柱翼緣交界處，主要由于應(yīng)力集中引起，約為165.0 MPa，小于材料的屈服強(qiáng)度，梁翼緣的承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，受力性能較好。

　　連接板應(yīng)力分布，從中可以看出，連接板整體應(yīng)力在60 MPa左右，應(yīng)力較大的地方主要分布在上下兩排螺栓孔，最大值約為313.0 MPa，主要由于螺栓孔的應(yīng)力集中引起。應(yīng)力集中導(dǎo)致的最大值小于材料屈服強(qiáng)度，該連接板的承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，減緩局部的應(yīng)力集中可以通過適當(dāng)?shù)脑黾舆B接板的厚度、改變螺栓孔尺寸和排列來實(shí)現(xiàn)。

　　加勁板應(yīng)力分布，柱加勁板總體應(yīng)力較小，最大應(yīng)力位于與柱腹板和翼緣的連接處，約為77.0 Mpa，小于材料的屈服強(qiáng)度，該加勁板的承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，加勁板厚度和位置不同對梁柱連接節(jié)點(diǎn)的受力性能有較大影響。

　　螺栓的應(yīng)力分布，在預(yù)緊力和荷載的共同作用下，螺栓整體應(yīng)力均較大，約為490MPa，小于材料的屈服強(qiáng)度，承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，施加的預(yù)緊力在梁柱連接節(jié)點(diǎn)的受力分析過程中起到了作用。

　　3 結(jié)論

　　本文采用ANSYS軟件，對最不利荷載組合工況作用下梁柱剛接節(jié)點(diǎn)數(shù)值模型進(jìn)行了計(jì)算分析，得到了連接節(jié)點(diǎn)各組件(柱翼緣和加勁板，梁腹板和翼緣，連接板和螺栓)相應(yīng)的應(yīng)力分布，最大應(yīng)力都小于材料的屈服強(qiáng)度，滿足承載能力要求。脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)采用的梁柱 剛性連接節(jié)點(diǎn)總體受力性能較好，但也有一些有待改進(jìn)的地方，主要有以下幾點(diǎn)：

　　(1) 腹板和連接板在螺栓孔周邊應(yīng)力較大，最大應(yīng)力達(dá)到了327MPa，非常接近材料的屈服強(qiáng)度，主要是由于在這些位置應(yīng)力集中引起的，同時(shí)數(shù)值模型沒有考慮焊縫的補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)和連接的光滑過度，導(dǎo)致計(jì)算得到的最大應(yīng)力比實(shí)際應(yīng)力要偏大，可以通過適當(dāng)提高連接板的厚度以及焊接施工工藝。

　　(2) 對一些受力較大的梁柱剛性連接節(jié)點(diǎn)，可以在梁端下部加腋板加強(qiáng)梁端與柱的剛性連接，以提高梁柱連接節(jié)點(diǎn)的延性性能。

　　(3) 梁柱節(jié)點(diǎn)的受力分析僅局限于強(qiáng)度驗(yàn)算，脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)具有高度高、跨度大等特點(diǎn)，柱的層高相對截面尺寸較大，應(yīng)注意構(gòu)件的整體穩(wěn)定以及梁柱腹板的局部穩(wěn)定設(shè)計(jì)。

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