钢结构中K形节点的受力性能分析.docx

K/Y形节点支座一、设计参数：外围采用双槽钢，下部支座采用箱形截面钢，且均为Q235钢；千斤顶荷载取值如荷载作用图所示；圆弧半径取1.5m；支座高度取500mm。二、初选截面尺寸：双槽钢：高度300mm，宽度250mm，翼缘厚度10mm，腹板厚度13mm，背对背间距50mm。箱形截面钢：高度300mm，宽度250，翼缘厚度10mm，腹板厚度13mm。三、分析在建立曲线框架时30 度采用了12个线性分段，45度采用了16个线性分段，60 度采用了15个线性分段。1、荷载作用形式1： 、轴力N30度的K形节点：在5节点处有最大轴力为200943.56N45度的K形节点：在7节点处有最大轴力为148816.81N60度的K形节点：在8节点处有最大轴力为99291.28N比较：30度下的最大轴力比45度的大52126.75N 30度下的最大轴力比60度的101652.28N所以30度的节点5的轴力最大。、剪力V30度的K形节点：在1节点有最大剪力为34173.36N45度的K形节点：在1节点有最大剪力为18439.27N60度的K形节点：在1节点有最大剪力为7613.24N比较：30度下的最大剪力与45度的大15734.09N30度下的最大剪力比60度的大26560.12N所以30度的节点1的剪力最大。、弯矩M30度的K形节点：在1节点处有最大弯矩为8543340Nmm45度的K形节点：在1节点处有最大弯矩为4609818Nmm60度的K形节点：在1节点处有最大弯矩为1903310.5Nmm比较：30度下的最大弯矩与45度的大3933522Nmm 30度下的最大弯矩比60度的大6640029.5Nmm所以30度的节点1弯矩最大变形A、30度下的最大变形U1=-0.1532 U2=0 U3=-0.0224 R1=0 R2=0.00007 R3=0B、45度下的最大变形U1=-0.0822 U2=0 U3=-0.0429 R1=0 R2=0.00006 R3=0C、60度下的最大变形U1=-0.0366 U2=0 U3=-0.0599 R1=0 R2=0.00004 R3=0、应力：由分析结果得最大应力S11为35.81 N/mm2。、强度和刚度验算已知：抗剪强度设计值：fV=125N/mm2,抗弯强度设计值：f=215 N/mm2挠度控制值vT：L/250截面塑性发展系数x=1.05 Ix=100300312-872803122=13170cm4 Wx=Ixymax878cm3 Sx=544.8cm3a、弯曲正应力：max=MmaxWx=85433401.05878000= 9.28N/mm2b、剪应力;=VSxIXtw=34173.36544.81031317010413=10.87N/mm2比较：max=9.28N/mm2f=215N/mm2 =10.87N/mm2fV=125 N/mm2 分析结果均小于强度和刚度允许值，但可以适当减小截面尺寸。、更改截面尺寸：双槽钢：高度200mm，宽度180mm，翼缘厚度11mm，腹板厚度9mm，背对背间距30mm。箱形截面钢：高度200mm，宽度180，翼缘厚度11mm，腹板厚度9mm。、按同样的形式得出最大轴力为30度作用下的205640.06N最大剪力为30度作用下的32166.09N最大弯矩为30度作用下的8041523Nmm应力：最大应力S11为65.26 N/mm2。最大变形：U1=-0.2707 U2=0 U3=-0.0412 R1=0 R2=0.00015 R3=0已知Ix=3796cm4 Wx=380cm3 Sx=230cm3求得：a、弯曲正应力：max=MmaxWx=80415231.05380000= 20.15N/mm2b、剪应力;=VSxIXtw=32166.0923010337961049=21.65N/mm2比较：max=20.15N/mm2f=215N/mm2 =21.65N/mm2fV=125 N/mm2所求应力符合应力设计值要求。2、荷载作用形式2： 、轴力N:30度的K形节点：在4节点处有最大轴力为200246.2N45度的K形节点：在4节点处有最大轴力为155586.2N60度的K形节点：在4节点处有最大轴力为112677.2N比较: 30度下的最大轴力比45度的大44660N 30度下的最大轴力比60度的大87569N 所以30度的节点4最大轴力最大。、剪力V：30度的K形节点：在3节点有最大剪力为92813.85N45度的K形节点：在3节点有最大剪力为84803.62N60度的K形节点：在3节点有最大剪力为59011.30N 比较：30度下的最大剪力比45度的大8010.23N 30度下的最大剪力比60度的大33802.55N 所以30度的节点3剪力最大。、弯矩M：30度的K形节点：在3节点处有最大弯矩为19989153Nmm45度的K形节点：在3节点处有最大弯矩为13715144Nmm60度的K形节点：在3节点处有最大弯矩为10177794Nmm 比较：30度下的最大弯矩比45度的大6274009Nmm 30度下的最大弯矩比60度的大9811359Nmm 所以30度的节点3弯矩最大。、变形A、30度下的最大变形U1=-0.2671 U2=0 U3=-0.0222 R1=0 R2=-0.00007 R3=0B、45度下的最大变形U1=-0.2148 U2=0 U3=-0.0429 R1=0 R2=-0.00006 R3=060度下的最大变形U1=-0.1650 U2=0 U3=-0.0599 R1=0 R2=-0.00004 R3=0、应力由分析结果得最大应力S11为63.02 N/mm2。、强度和刚度验算已知：抗剪强度设计值：fV=125N/mm2,抗弯强度设计值：f=215 N/mm2挠度控制值vT：L/250截面塑性发展系数x=1.05 Ix=100300312-872803122=13170cm4 Wx=Ixymax878cm3 Sx=544.8cm3a、弯曲正应力：max=MmaxWx=199891531.05878000= 21.68N/mm2b、剪应力;=VSxIXtw=92813.85544.81031317010413=29.53N/mm2比较：max=21.68N/mm2f=215N/mm2 =29.53N/mm2fV=125 N/mm2 分析结果均小于强度和刚度允许值，但可以适当减小截面尺寸。、更改截面尺寸：双槽钢：高度200mm，宽度180mm，翼缘厚度11mm，腹板厚度9mm，背对背间距30mm。箱形截面钢：高度200mm，宽度180，翼缘厚度11mm，腹板厚度9mm。、按同样的形式得出最大轴力为30度作用下的206021N最大剪力为30度作用下的91973.26N最大弯矩为30度作用下的19808118Nmm应力：最大应力S11为126.47 N/mm2。最大变形：U1=-0.4858 U2=0 U3=-0.0408 R1=0 R2=-0.00015 R3=0已知Ix=3796cm4 Wx=380cm3 Sx=230cm3求得：a、弯曲正应力：max=MmaxWx=198081181.05380000=49.64N/mm2b、剪应力;=VSxIXtw=91973.2623010337961049=61.92N/mm2比较：max=49.64N/mm2f=215N/mm2 =61.92N/mm2fV=125 N/mm2所求应力符合应力设计值要求。3、荷载作用形式3（Y形节点）、30度的Y形节点：在4节点处有最大轴力为115652.5N45度的Y形节点：在4节点处有最大轴力为86126.16N60度的Y形节点：在4节点处有最大轴力为59606.41N比较：30度下的最大轴力比45度的大29526.34N 30度下的最大轴力比60度的大56046.09N 所以30度的节点4轴力最大。、30度的Y形节点：在3节点处有最大剪力为53604.78N45度的Y形节点：在3节点处有最大剪力为46943.82N60度的Y形节点：在3节点处有最大剪力为31217.06N比较：30度下的最大剪力比45度的大6660.96N 30度下的最大剪力比60度的大22387.72N 所以30度的节点3剪力最大。、30度的Y形节点：在3节点处有最大弯矩为11544767Nmm45度的Y形节点：在3节点处有最大弯矩为7592144Nmm60度的Y形节点：在3节点处有最大弯矩为5384067Nmm比较：30度下的最大弯矩比45度的大3952623Nmm 30度下的最大弯矩比60度的大6160700Nmm 所以30度的节点3弯矩最大。、变形30度下的最大变形U1=-0.1434 U2=0 U3=-0.0222 R1=0 R2=0.00007 R3=045度下的最大变形U1=-0.1138 U2=0 U3=-0.0429 R1=0 R2=0.00006 R3=060度下的最大变形U1=-0.0855 U2=0 U3=-0.0146 R1=0 R2=0.00004 R3=0、应力由分析结果得最大应力S11为36.95 N/mm2。、强度和刚度验算已知：抗剪强度设计值：fV=125N/mm2,抗弯强度设计值：f=215 N/mm2挠度控制值vT：L/250截面塑性发展系数x=1.05 Ix=100300312-872803122=13170cm4 Wx=Ixymax878cm3 Sx=544.8cm3a、弯曲正应力：max=MmaxWx=115447671.05878000= 12.52N/mm2b、剪应力;=VSxIXtw=53604.78544.81031317010413=17.06N/mm2比较：max=12.52N/mm2f=215N/mm2 =17.06N/mm2fV=125 N/mm2 分析结果均小于强度和刚度允许值，但可以适当减小截面尺寸。、更改截面尺寸：双槽钢：高度200mm，宽度180mm，翼缘厚度11mm，腹板厚度9mm，背对背间距30mm。箱形截面钢：高度200mm，宽度180，翼缘厚度11mm，腹板厚度9mm。、按同样的形式得出最大轴力为30度作用下的118251.5N最大剪力为30度作用下的52790.64N最大弯矩为30度作用下的11369426Nmm应力：最大应力S11为73.33 N/mm2。最大变形：U1=-0.2597 U2=0 U3=-0.0408 R1=0 R2=0.00015 R3=0已知Ix=3796cm4 Wx=380cm3 Sx=230cm3求得：a、弯曲正应力：max=MmaxWx=113694261.05380000=28.49N/mm2b、剪应力;=VSxIXtw=52790.6423010337961049=35.54N/mm2比较：max=28.49N/mm2f=215N/mm2 =35.54N/mm2fV=125 N/mm2所求应力符合应力设计值要求。四、结论综上三种荷载作用形式，得出：、第一种框架截面尺寸：a、双槽钢：高度300mm，宽度250mm，翼缘厚度10mm，腹板厚度13mm，背对背间距50mm；b、箱形截面钢：高度300mm，宽度250，翼缘厚度10mm，腹板厚度13mm与Q235钢的强度设计值比较，此框架截面尺寸下的应力及变形都很小，说明此截面尺寸下的结构刚度较大，浪费材料。、重新选取较小截面尺寸：a、双槽钢：高度200mm，宽度180mm，翼缘厚度11mm，腹板厚度9mm，背对背间