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铸钢节点设计方法摘要

1、铸件壁厚不宜大于150mm,当壁厚很大时应考虑厚度效应引起的屈服强度、伸长率、冲击功等的降低。

2、承受静力荷载或间接动力荷载时,多管可焊铸钢节点可选用G20Mn5N铸钢材料。

3、G20Mn5N材料的抗拉抗压和抗弯强度设计值235MPa,抗剪强度设计值135MPa,端面承压(刨面顶紧)设计值310MPa。

4、铸钢件的物理性能指标(和普通钢材相同):弹性模量E=2.06e5N/mm2;剪切模量G=79e3N/mm2;线膨胀系数a=12e-6/℃;质量密度ρ=7850kg/m3

5、铸钢节点承载力应按承载力极限状态计算。承载能力极限状态包括铸钢节点的强度破坏、局部稳定破坏和因过度变形而不适于继续承载。

6、圆管汇交的铸钢相贯节点的承载力,当铸钢材料伸长率和强屈比满足于铸钢强度等级对应的Q235和Q345钢材的性能指标时,可按国家标准《钢结构设计规范》GB50017中第10.3.3条的规定验算。

7、铸钢节点试验的破坏承载力不小于荷载设计值的2倍,弹塑性有限元分析所得的极限承载力不小于荷载设计值的3倍。

8、铸钢节点的有限元分析宜采用实体单元。在铸钢节点与构件连接处、铸钢节点内外表面拐角处等易于产生应力集中的部位,实体单元的最大变长不应大于该处最薄厚壁,其余部位的单元尺寸可适当增大,但单元尺寸变化宜平缓。(个人建议沿圆管壁厚方向,至少剖分3个以上单元)

9、铸钢节点的有限元分析中,径厚比不小于10的部位可采用板壳单元。(个人建议采用壳单元,采用板单元时,需仔细分析时适用性)

10、铸钢节点承受多种荷载工况组合又不能准确判断其设计控制工况时,可分别按每一种荷载工况组合进行计算。

11、进行弹塑性有限元分析时,铸钢节点材料的 应力-应变曲线宜采用具有一定强化刚度的二折线模型。复杂应力状态的强度准则应采用von Mises屈服条件。

12、铸钢节点的极限承载力可按弹塑性有限元分析得出的荷载-位移全过程曲线确定。

13、用弹塑性有限元分析结果确定铸钢节点的承载力设计值时,承载力设计值不应大于极限承载力的1/3.

14、铸钢节点试验必须辅以有限元分析和对比。

15、铸钢节点与钢结构的连接方式可采用焊缝连接、螺纹连接和销轴连接。

16、铸钢节点的合理铸造壁厚

铸钢节点最大轮廓尺寸(mm)

铸钢节点次大轮廓尺寸(mm)

≤350

351~700

701~1500

1501~3500

≤1500

15~20

20~25

25~30

——

1501~3500

20~25

25~30

30~35

35~40

3501~5500

25~30

30~35

35~40

40~45

5501~7000

 

35~40

40~45

45~50

17、铸钢节点的最小铸造壁厚(mm)

铸钢节点最大轮廓尺寸

<200

200~400

400~800

800~1250

1250~2000

2000~3200

壁厚

9

10

12

16

20

25

18、铸钢节点设计应避免壁厚急剧变化,铸钢节点的壁厚 斜率宜小于1/5.

19、铸钢节点的内/外圆角半径设计(t1+t2表示相邻两壁的壁厚)。

 

(t1+t2)/2

(mm)

内圆角半径R(mm)

铸钢节点内夹角a

<50°

51°~75°

76°~105° 106°~135° 136°~165° >165°

≤8

4

4

6

8

16

20

9~12

4

4

6

10

16

25

13~16

4

6

8

12

20

30

17~20

6

8

10

16

25

40

21~27

6

10

12

20

30

50

28~35

8

12

16

25

40

60

36~45

10

16

20

30

50

80

46~60

12

20

25

35

60

100

61~80

16

25

30

40

80

120

81~110

20

25

35

50

100

160

111~150

20

30

40

60

100

160

151~200

25

40

50

80

120

200

201~250

30

50

60

100

160

250

251~300

40

60

80

120

200

300

>300

50

80

100

160

250

400

 

(t1+t2)/2

(mm)

外圆角半径R(mm)

外圆角度a

<50°

51°~75°

76°~105° 106°~135° 136°~165° >165°

≤25

2

2

2

4

5

8

25~60

2

4

4

6

10

16

60~160

4

4

6

8

16

25

160~250

4

6

8

12

20

30

250~400

6

8

10

16

25

40

400~600

6

8

12

20

30

50

600~1000

8

12

16

25

40

60

1000~1600

10

16

20

30

50

80

1600~1500

12

20

25

40

60

100

>2500

16

25

30

50

80

120

20、铸钢节点焊接面间距L计算。(备注:通过满足焊接面间距,可以计算出每个支管的长度)

 

焊接面间距

L(mm)

b<200mm

b≥200mm

两个焊接面均为方管

250

250+(b-200)x350/800

两个焊接面一方一圆

200

200+(b-200)x250/800

两个焊接面均为圆管

150

150+(b-200)x200/800

 

参考文献:《铸钢节点应用技术规程》(CECS 235:2008)

3 Responses

  1. xixixixi说道:

    挺细致的了:)

  2. iiv说道:

    铸钢节点用的越来越多了。

  3. cjc说道:

    新的评论功能开通中!感谢崔济东博士。。。

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