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2023-12-31

钢结构节点初始刚度分析

本文介绍了钢结构节点初始刚度分析中的计算方法。

下面以连续柱的端部板连接为例进行说明。

计算绕y轴弯矩的转动刚度,我们得到以下结果:

SMy+ = SMy- = 21.5 MNm/rad

因为节点几何形状关于 y 轴对称,所以在这个例子中正弯矩和负弯矩的初始刚度是相同的。 否则,结果会不同。

但是21.5 MNm/rad这个数字是如何得到的呢?

初始刚度是使用有限元方法计算的,其中有两个子模型:

  • 面子模型: 该子模型与应力应变分析的子模型相同, 它在所有杆件末端由刚性支座支撑,并在选定的杆件末端施加单位力。 在两种不同的荷载工况中同时考虑负的和正的荷载。 在这些荷载工况中使用结构调整对象来停用已验证杆件的节点支座。
  • 杆件子模型: 该子模型是使用与面子模型类似的杆件构造的,并且它们之间是刚性的连接。 该子模型的目的是纠正由杆件变形作用引起的变形。

好的,我计算了这两个子模型。 但是如何从结果中推导出初始刚度呢?

在我们的例子中我们要计算梁的转动刚度。 我们着重计算梁末端的转角 φy

然后我们进行更正:

φy (最终) = φy (面子模型) - φy (杆件子模型) = 0.016768 - 0.004497 = 0.012271 mrad

得到最终转角 φy ,然后我们可以计算初始刚度:

SMy = Myy (最终) = 0.000264 MNm/0.000012271 rad = 21.5 MNm/rad

这就是全部的科学意义。 同样的,它适用于在第二个方向上的转动刚度和轴向刚度。

使用该功能时有几点需要注意:

  • 用户可以通过使用刚性接触的杆件模型,来确定初始刚度。 如果在模型中添加额外的板,例如加劲肋或翼托,则面子模型的刚度可能大于杆件子模型,导致刚度无穷大 (S = ∞)。 这似乎不寻常,但却是正确的。 从全局杆件模型的角度来看,这种刚性连接仍然会被建模为杆件之间的刚性接触。 有时,节点的刚度看起来可能比预期的要小。 但是,重要的是要了解这一点对全局杆件模型的影响。 如果在刚性较小的情况下进行接触,那么使用更大的刚度对于全局杆件模型来说可能没有显着的意义。
  • 随着子模型的进一步开发(独立网格、杆件端部细节改进或螺栓和焊缝细节设计),初始刚度结果可能会发生明显的变化。 但是,它并不影响刚度。 因此,了解这些未来的变化是非常重要的。 在自动进行节点模型集成之前,我们计划先对节点分类进行计算。到初始刚度(刚性,半刚性和铰接)。 这有助于查看结果。

最后是示例。 下图显示了六个不同刚度的连接示例,以及在杆件模型中与完全刚性和完全铰接连接的对比。 目前,所有示例都被称为半刚性,但是一旦分类完成,其中一些示例可能会被分类为刚性或铰接类型的。 整体杆件模型中的铰要考虑这种分类。


作者
Ing. Ond Röjej švorc
Scrum 主管
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