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2020-09-02

刚性端板节点设计的参数化有限元模型

使用此处显示的模型,您可以在实际荷载下快速设计连接。 为了能够使用DSTV规范中的典型连接[1]来验证模型,我们选择了以下系统。

系统

典型连接: IH 2.1 A 26 20
型钢: HEA 260
材料: S235钢材
螺栓: M20强度等级10.9

通过梁的面单元创建有限元模型。 端板的建模是通过面来进行的,然后将其相互连接,以便在它们之间创建接触体。 它定义了两个面之间的精确接触属性。 在这种情况下,垂直拉应力会失效。 两个端板面的材料也选择钢,但材料的属性为塑性。 孔在面中建模以表示孔。 该连接的螺钉定义为受拉杆件,并以简化形式显示,没有螺母。 受拉杆件只具有纵向刚度E⋅A,并且只能承受拉力。 在杆件两端分配释放弯矩的铰。 螺栓通过简化的方式由多个刚性构件连接,在端部板上有构件端部铰链。 通过输入所需的螺栓尺寸,可以传输所有螺栓计算相关参数(强度等级10.9)。 因此,可以在模型中使用正确的应变长度作为计算公式,以便获得最精确的螺栓力。

应用

打开模型后,您可以在数据浏览器中调整截面。 在模型中对了按照DIN EN 1025标准化的HEA,HEB和HEM梁进行了参数化设置。 然后可以显示参数并输入端板的尺寸和厚度。 输入螺栓尺寸(M12,M16,M20,M22,M24,M27,M30,M36)和所需的螺栓间距。 同时对计算中所有重要的螺钉参数进行调整。 最后可以调整荷载。

结构设计

为了确定连接的承载能力,首先施加初始荷载My ,其值为50 kNm,并通过荷载增量法计算。 然后可以计算螺栓力和塑性应变。 为此必须按照如下方法确定最大抗拉承载力。

评估和比较

在有限元建模中比较螺栓的受拉承载力时,如果荷载增大到2.1倍以上,螺栓会失效。 Die Schraubenkräfte betragen 175,43 kN bei einem angreifenden Moment von 105 kNm.

因此该连接的承重承载力为2.1⋅50 kNm。

计算塑性应变的最大值大约为1%,这不超过EC3规定的允许极限应变5%。 此外,在显示非线性度时可以看到材料何时开始屈服。

根据DSTV准则[1] ,承载力为112.9 kNm,与创建的有限元模型仅略有不同。

这种偏离反映了焊缝建模的缺乏,从而导致了外螺栓排的刚度降低。 结果,内部螺钉承受更大的荷载,因此容易失效。

Anbei befindet sich zusätzlich noch ein Modell für eine Verbindung mit einer überstehenden Stirnplatte.


作者

Wowk 先生参与了截面程序 RSECTION 的开发。 此外,他还为我们的客户提供技术支持。

链接
参考
  1. Weynand, K.; Oerder, R.: Typisierte Anschlüsse im Stahlhochbau nach DIN EN 1993-1-8. Düsseldorf: Stahlbau, 2013
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