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2018-06-06

刚性连接有限元建模方法

特别是当对连接点相邻区域进行分析、连接的几何形状或荷载与标准规定的不同和/或使用有限元模型对结构进行分析时(例如在设备工程中),为了在有限元模型上详细评估连接节点,

对于所选建模方法,为了得到更有意义的结果,首先应该生成一个可以与经典方法进行比较的结构。

先前的技术文章中,通过规范 EN 1993-1-8 [1]中的公式计算刚性连接端板的承载力。 在这里的例子中,端板的承载力通过有限元建模方法加载,得出的承载力为 324.95 kNm。

面模型

HEB 400 梁的长度为 500mm,并且分解成面。 假定在实心螺栓头下面的端板是刚性的,那么生成一个直径为 44mm 的刚性面。 为了模拟螺栓在拉力作用下的柔性,定义为直径为 24 mm,长为 29 mm(= 端板厚度 + 垫圈厚度)。 为了确保将荷载均匀的导入梁中,在加载位置使用刚性端板。

由于在端板 z 轴上的刚性支座会导致收敛问题,因此这里假定为 2 ∙ 108 kN/m³ 的面弹性支座,并且该位置由于梁节点的对称条件而不会发生变形,或者说这里出现预期的最大撬力,另外设计一个线支座。 两个支座会在正的支座反力时失效。 因为按照规范 EN 1993-1-8 [1] 进行塑性设计,要选择屈服准则为 23.5 kN/cm² 的材料模型 “二维 / 三维各项同性塑性”。 一旦在有限元单元中达到屈曲准则,它就不能承受更多的力,并且进行应力重分布。

结果输出

可以确认手动计算的破坏准则“螺栓破坏同时翼缘屈服”。

使用非线性材料模型“二维/三维各向同性塑性”时,必须要计算处于塑性状态下单元的面积。 必须考虑的是,单元为塑性状态对应于剩余的损伤。 有限元模型显示了太大的塑性区域。 这意味着在使用面模型进行考虑时连接是超载的。 计算出的螺栓拉力 279kN 和 288 kN 也超出了极限拉力。

通过额外建模确定了类似大小的塑性区域,其中梁、端板、螺栓和焊缝使用实体显示,力通过焊缝从梁传递到端板。


作者

Fröhlich 先生为我们的客户提供技术支持,负责钢筋混凝土结构领域的研发工作。

链接
参考
  1. EC 3.(2009)。欧洲规范 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten − Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010
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