铰接端板连接的建模与设计

技术文章

RFEM 提供以下方法来设计铰接端板连接。首先,在模块 RF-JOINTS Steel-Pinned 中快速方便地输入相应的参数,以便接下来得出包括图形在内的结构设计计算书。也可以在 RFEM 中单独对该连接建模,然后对结果评估或者手动验算。在下面的例子中,将解释这种建模的特性,并将螺栓的剪力与 RF-JOINTS Steel-Pinned 的相应结果进行比较。

结构

整个结构是一个铰接的半框架,由 6 米长的 IPE-160 梁和 4 米长的 IPE-200 柱组成。梁通过与 5mm 厚的端板焊接和 4 个螺栓 M12 连接到柱子的腹板上。

结构的荷载除了自重外,还有作用在梁上沿着 Z 方向正向作用的 8kN/m 荷载(图01)。

图 01 - 结构模型与荷载

端板的尺寸为宽/高 = 82/160mm。螺栓的边缘距离为 e1 / e2 = 44 / 20.5 mm(图02)。

图 02 - 端板

情况 1:使用模块 RF-JOINTS Steel-Pinned 设计连接节点

在 RFEM 中对结构进行建模(包括荷载工况和荷载)之后,打开附加模块 RF-JOINTS Steel-Pinned,并定义相应的输入数据,以便在短时间内计算进行该连接设计。 这个例子中主导螺栓抗剪承载力(使用率 47 %,图 03),单个螺栓的最大已知剪力 Fn,Ed 是 6,12 kN。

图 03 - 附加模块RF-JOINTS Steel - 铰接的中间计算结果

情况 2: 在 RFEM 中对连接节点建模

该情况在 RFEM 中建模的步骤如下:

  • 复制模型
  • 定义梁的杆件偏心(Z 方向偏心为一半梁高,端板厚度 + 在 Y 方向一半柱子腹板厚度,仅在连接末端,见图 04)
  • 在杆件处右击鼠标→“由杆件生成面”
  • 删除节点支座,定义在梁翼缘下边框的铰接线支座和柱子腹板的末端(见图 05)
  • 删除杆件荷载(8 kN / m),并换算成面荷载(作用在梁翼缘上 97.6 kN/m²)

图 04 - 定义杆件偏心距

图 05 - 梁、柱线支座

连接:

  • 端板作为体单元建模(长方体,见图 06)
  • 插入螺栓孔通过洞口(见该专题报告)
  • 将实体端板拷贝到梁末端。注意:由于铰接连接,端板不应与柱腹板接触,因此力只能通过螺栓传递(参见图 07)
  • 将端板的洞口(螺栓孔)拷贝到柱腹板
  • 检查端板与柱腹板之间确实没有接触,可以在此开始计算。应该出现一条关于不稳定的信息
  • 四个螺栓可以作为圆柱形实体建模,由圆形面和四边形面组成

为了得到螺栓中的内力,必须在每个螺栓的中间设置一个结果梁(见图 08)。在这个例子中,使用直径为 12mm 的圆钢截面。有关结果杆件的更多信息,请参阅我们的专题报告。

计算结果:螺栓中的最大剪力为 Vz = 6.69 kN(见图 09)。

图 06 - 端板作为实体建模

图 07 - 连接节点 Z-方向俯视图

图 08 - 螺栓按照实体和结果杆件建模

图 09 - 螺栓剪力图形

图 10 - 连接等轴视图

总结

由主程序RFEM和由附加模块 RF-JOINTS Steel-Pinned 得出的结果很接近,也具有可比性。在这个例子中,很明显在 RFEM 中建模的可能性很大。与在附加模块 RF-JOINTS Steel-Pinned 中的快速设计相比,手动建模的工作量相对较高,因此用户必须首先决定使用哪种情况进行设计。

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结构设计与有限元­分析软件(FEA)可以用于建立平面与空间结构模型,适用于由杆件、面、板、墙、折板、膜、壳、实体以及接触单元等的建模与分析计算。

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RF-JOINTS Steel - Pinned 5.xx

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