这是某结构中24榀桁架的交汇节点。其实由于24榀桁架是对称的,因此可以利用对称性局部建模分析。但是领导希望能看到整个节点的受力分布,而且目前的电脑在硬件和软件上算如此大的模型都没有问题,所以还是进行了整体建模。利用对称性建模也比较简单,建1/12部分,旋转一下就搞定了。下面给出几何与有限元模型,仅供大家了解。
几何模型三维视图
几何模型平面视图
几何模型立面视图
核心区构件链接
有限元模型-单元剖分
下弦杆件及其与节点连接处单元剖分
斜杆及其与节点连接处单元剖分
图
(备注:对面荷载显示原因看不见)
节点Mises应力大小及分布(最大253.5MPa)
对上图应力的一点解释:
(1)看起来最大应力达到了253.5MPa,其实这是由于应力集中所导致,应力较大的范围仅是图中的小红点,其他部位最大应力为90MPa作用。这种现象也很容易解释,下弦圆管通过三条焊缝与连接板进行连接,而三条焊缝集中与圆管截面的半圆上,另外半圆没有焊缝,因此就导致在焊缝处构件截面受力不对称。内力需要在半圆内逐渐过渡到整个截面,所以可以看到,与连接板连接较长的杆件应力相对较小,连接段短的则应力较大。
(2)虽然计算结果是满足材料设计强度要求的,不过个人总感觉这种连接方式不大好,本来一个很好的轴心受力构件,现在人为的增加了附加弯矩。但这种连接方式既然常被大家采用,应该有其一定的合理性,希望没有问题。
大家可以将此节点与某钢桁架节点分析一文中的节点做一下对比。这几天一直在想这个问题:
(1)前文中节点的特点是构造形式常规,可以参考标准详图设计,但是构件截面尺寸大,受力大,因此看似简单,但是实际上一算就会发现比想象的要难于满足设计要求。因为详图的方法通常是针对普通结构的,对于大尺寸、受力较大的情况不一定合适。
(2)本文中节点看似很复杂,相交的杆件很多,连接板也很多,又是结构中最关键的节点,所以给人的第一感觉是很重要,应该引起足够的重视(确实应该重视)。但是仔细研究会发现,构件的尺寸都不大,相对的内力也很小,所以建模算下来发现应力很容易满足。
(3)所以,对于构件尺寸大、受力较大的节点,应该是“强度设计”大于“构造设计”,不能简单的套用详图等现有资料,需要深入计算研究以满足设计要求;而对于构件尺寸小、内力小的节点,应该是“构造设计”重于“强度设计”,必须保证一定的低应力工作状态。