鑄鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法摘要

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鑄鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法摘要

 

    1、鑄件壁厚不宜大于150mm，當(dāng)壁厚很大時(shí)應(yīng)考慮厚度效應(yīng)引起的屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、沖擊功等的降低。

    2、承受靜力荷載或間接動(dòng)力荷載時(shí)，多管可焊鑄鋼節(jié)點(diǎn)可選用G20Mn5N鑄鋼材料。

    3、G20Mn5N材料的抗拉抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值235MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值135MPa，端面承壓 （刨面頂緊）設(shè)計(jì)值310MPa。

    4、鑄鋼件的物理性能指標(biāo)（和普通鋼材相同）：彈性模量E=2.06e5N/mm²；剪切模量G=79e³N/mm²；線膨脹系數(shù)a=12e^-6/℃；質(zhì)量密度ρ=7850kg/m³。

    5、鑄鋼節(jié)點(diǎn)承載力應(yīng)按承載力極限狀態(tài)計(jì)算。承載能力極限狀態(tài)包括鑄鋼節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度破壞、局部穩(wěn)定破壞和因過度變形而不適于繼續(xù)承載。

    6、圓管匯交的鑄鋼相貫節(jié)點(diǎn)的承載力，當(dāng)鑄鋼材料伸長(zhǎng)率和強(qiáng)屈比滿足于鑄鋼強(qiáng)度等級(jí)對(duì)應(yīng)的Q235和Q345鋼材的性能指標(biāo)時(shí)，可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017中第10.3.3條的規(guī)定驗(yàn)算。

    7、鑄鋼節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)的破壞承載力不小于荷載設(shè)計(jì)值的2倍，彈塑性有限元分析所得的極限承載力不小于荷載設(shè)計(jì)值的3倍。

    8、鑄鋼節(jié)點(diǎn)的有限元分析宜采用實(shí)體單元。在鑄鋼節(jié)點(diǎn)與構(gòu)件連接處、鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)外表面拐角處等易于產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，實(shí)體單元的最大變長(zhǎng)不應(yīng)大于該處最薄厚壁，其余部位的單元尺寸可適當(dāng)增大，但單元尺寸變化宜平緩。（個(gè)人建議沿圓管壁厚方向，至少剖分3個(gè)以上單元）

    9、鑄鋼節(jié)點(diǎn)的有限元分析中，徑厚比不小于10的部位可采用板殼單元。（個(gè)人建議采用殼單元，采用板單元時(shí)，需仔細(xì)分析時(shí)適用性）

    10、鑄鋼節(jié)點(diǎn)承受多種荷載工況組合又不能準(zhǔn)確判斷其設(shè)計(jì)控制工況時(shí)，可分別按每一種荷載工況組合進(jìn)行計(jì)算。

    11、進(jìn)行彈塑性有限元分析時(shí)，鑄鋼節(jié)點(diǎn)材料的 應(yīng)力-應(yīng)變曲線宜采用具有一定強(qiáng)化剛度的二折線模型。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度準(zhǔn)則應(yīng)采用von Mises屈服條件。

    12、鑄鋼節(jié)點(diǎn)的極限承載力可按彈塑性有限元分析得出的荷載-位移全過程曲線確定。

    13、用彈塑性有限元分析結(jié)果確定鑄鋼節(jié)點(diǎn)的承載力設(shè)計(jì)值時(shí)，承載力設(shè)計(jì)值不應(yīng)大于極限承載力的1/3.

    14、鑄鋼節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)必須輔以有限元分析和對(duì)比。

    15、鑄鋼節(jié)點(diǎn)與鋼結(jié)構(gòu)的連接方式可采用焊縫連接、螺紋連接和銷軸連接。

    16、鑄鋼節(jié)點(diǎn)的合理鑄造壁厚

鑄鋼節(jié)點(diǎn)最大輪廓尺寸(mm)

鑄鋼節(jié)點(diǎn)次大輪廓尺寸(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、鑄鋼節(jié)點(diǎn)的最小鑄造壁厚（mm）

鑄鋼節(jié)點(diǎn)最大輪廓尺寸

<200

200～400

400～800

800～1250

1250～2000

2000～3200

壁厚

9

10

12

16

20

25

    18、鑄鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)避免壁厚急劇變化，鑄鋼節(jié)點(diǎn)的壁厚 斜率宜小于1/5.

    19、鑄鋼節(jié)點(diǎn)的內(nèi)/外圓角半徑設(shè)計(jì)(t₁+t₂表示相鄰兩壁的壁厚)。

 

(t₁+t₂)/2

(mm)

內(nèi)圓角半徑R(mm)

鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)夾角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)

外圓角半徑R(mm)

外圓角度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、鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接面間距L計(jì)算。（備注：通過滿足焊接面間距，可以計(jì)算出每個(gè)支管的長(zhǎng)度）

 

焊接面間距

L(mm)

b<200mm

b≥200mm

兩個(gè)焊接面均為方管

250

250+(b-200)x350/800

兩個(gè)焊接面一方一圓

200

200+(b-200)x250/800

兩個(gè)焊接面均為圓管

150

150+(b-200)x200/800