文档介绍：加强环板式节点有限元分析
加强环板式节点有限元分析
摘要:本文采用有限元软件ANSYS对加强环板式节点进行仿真分析,通过对节点在各个荷载工况作用下的分析,获得型钢骨架、上下环板和混凝土压应力水平,从而对节点安全性进行评价,并验证设计的合理性。
关键词:有限元加强环板式节点仿真分析型钢骨架
中图分类号:TP文献标识码: A 文章编号:
本次仿真分析以某车站大型空间框架结构为背景,采用有限元软件MIDAS CIVIL建立空间板梁模型,进行整体分析,进而选取典型节点,采用板单元和实体单元建立有限元模型,进行局部分析。选取节点纵、横梁采用型钢混凝土结构,立柱采用钢管混凝土结构。纵、,,采用C60混凝土;,采用C50混凝土。
图1-1 MIDAS空间板梁结构整体模型
节点细部计算采用大型有限元分析软件ANSYS进行局部分析。建模时混凝土采用SOLID65单元模拟,钢筋采用LINK8单元模拟,纵横梁钢骨架和立柱钢管采用SHELL181单元模拟。纵、横梁混凝土采用C60,立柱混凝土采用C50,普通钢筋采用HRB335,纵、横梁和立柱型钢骨架采用Q345,混凝土材料采用多线性等向强化模型MISO,钢材采用双线性等向强化模型BISO。型钢骨架部分,纵横梁上下翼缘板厚50mm,纵横梁腹板板厚40mm,立柱钢管壁厚50mm,上下加强环板厚50mm,钢管内部环向加劲肋厚40mm,节点纵向加劲肋板厚30mm。建立有限元模型如图1-2所示。
图1-2(a)节点有限元模型图1-2(b)刚性骨架有限元模型
图1-2(c)节点钢筋有限元模型图1-2(d)节点内部结构细部图
钢筋混凝土有限元模型采用分离式结构,不考虑钢筋和混凝土之间的相对滑移,通过共有相同节点来实现相互之间的连接;纵、横梁型钢骨架上下翼缘设置剪力钉,来实现型钢骨架和混凝土之间力的传递,模型中通过型钢骨架和混凝土共用节点来模拟;立柱钢管在节点内部设置加劲板,混凝土受立柱环箍效应,处于三向受压状态,因此,不考虑混凝土和钢管之间的相对滑移;纵横梁纵向受力钢筋焊接在上下环板上,有限元模型通过CP命令,建立耦合方程,实现钢筋和环板之间的连接。
由于结构的多线列车活载的特殊性,工程在结构检算时,采用荷载包络设计的思路,简化组合类型。结构检算主要是在主力包络或主+附包络状态下进行。Midas提取荷载组合内力见表1-1所示。
方便施加荷载描述,将荷载工况进行如下定义:
工况一:主力包络最小荷载组合; 工况二:主力包络最大荷载组合;
工况三:主+附包络最小荷载组合;工况四:主+附包络最大荷载组合;
表1-1MIDAS单元内力提取
图1-3 MIDAS单元内力提取标示图1-4 ANSYS有限元模型边界
采用ANSYS对立柱节点在主力包络最小荷载工况、主力包络最大荷载工况和主+附包络最小荷载工况、主+附包络最大荷载工况作用下,进行有限元非线性分析计算,提取工况1、工况2、工况3、工况4作用下纵横梁混凝土轴向压应力、纵横梁钢筋轴向应力、纵横梁型钢Von-Mises应力、立柱混凝土轴向压应力、立柱钢管V