鑄鋼節(jié)點設(shè)計方法摘要

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鑄鋼節(jié)點設(shè)計方法摘要

 

    1、鑄件壁厚不宜大于150mm，當壁厚很大時應(yīng)考慮厚度效應(yīng)引起的屈服強度、伸長率、沖擊功等的降低。

    2、承受靜力荷載或間接動力荷載時，多管可焊鑄鋼節(jié)點可選用G20Mn5N鑄鋼材料。

    3、G20Mn5N材料的抗拉抗壓和抗彎強度設(shè)計值235MPa，抗剪強度設(shè)計值135MPa，端面承壓 （刨面頂緊）設(shè)計值310MPa。

    4、鑄鋼件的物理性能指標（和普通鋼材相同）：彈性模量E=2.06e5N/mm²；剪切模量G=79e³N/mm²；線膨脹系數(shù)a=12e^-6/℃；質(zhì)量密度ρ=7850kg/m³。

    5、鑄鋼節(jié)點承載力應(yīng)按承載力極限狀態(tài)計算。承載能力極限狀態(tài)包括鑄鋼節(jié)點的強度破壞、局部穩(wěn)定破壞和因過度變形而不適于繼續(xù)承載。

    6、圓管匯交的鑄鋼相貫節(jié)點的承載力，當鑄鋼材料伸長率和強屈比滿足于鑄鋼強度等級對應(yīng)的Q235和Q345鋼材的性能指標時，可按國家標準《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017中第10.3.3條的規(guī)定驗算。

    7、鑄鋼節(jié)點試驗的破壞承載力不小于荷載設(shè)計值的2倍，彈塑性有限元分析所得的極限承載力不小于荷載設(shè)計值的3倍。

    8、鑄鋼節(jié)點的有限元分析宜采用實體單元。在鑄鋼節(jié)點與構(gòu)件連接處、鑄鋼節(jié)點內(nèi)外表面拐角處等易于產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，實體單元的最大變長不應(yīng)大于該處最薄厚壁，其余部位的單元尺寸可適當增大，但單元尺寸變化宜平緩。（個人建議沿圓管壁厚方向，至少剖分3個以上單元）

    9、鑄鋼節(jié)點的有限元分析中，徑厚比不小于10的部位可采用板殼單元。（個人建議采用殼單元，采用板單元時，需仔細分析時適用性）

    10、鑄鋼節(jié)點承受多種荷載工況組合又不能準確判斷其設(shè)計控制工況時，可分別按每一種荷載工況組合進行計算。

    11、進行彈塑性有限元分析時，鑄鋼節(jié)點材料的 應(yīng)力-應(yīng)變曲線宜采用具有一定強化剛度的二折線模型。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的強度準則應(yīng)采用von Mises屈服條件。

    12、鑄鋼節(jié)點的極限承載力可按彈塑性有限元分析得出的荷載-位移全過程曲線確定。

    13、用彈塑性有限元分析結(jié)果確定鑄鋼節(jié)點的承載力設(shè)計值時，承載力設(shè)計值不應(yīng)大于極限承載力的1/3.

    14、鑄鋼節(jié)點試驗必須輔以有限元分析和對比。

    15、鑄鋼節(jié)點與鋼結(jié)構(gòu)的連接方式可采用焊縫連接、螺紋連接和銷軸連接。

    16、鑄鋼節(jié)點的合理鑄造壁厚

鑄鋼節(jié)點最大輪廓尺寸(mm)

鑄鋼節(jié)點次大輪廓尺寸(mm)

≤350

351～700

701～1500

1501～3500

≤1500

15～20

20～25

25～30

——

1501～3500

20～25

25～30

30～35

35～40

3501～5500

25～30

30～35

35～40

40～45

5501～7000

35～40

40～45

45～50

    17、鑄鋼節(jié)點的最小鑄造壁厚（mm）

鑄鋼節(jié)點最大輪廓尺寸

<200

200～400

400～800

800～1250

1250～2000

2000～3200

壁厚

9

10

12

16

20

25

    18、鑄鋼節(jié)點設(shè)計應(yīng)避免壁厚急劇變化，鑄鋼節(jié)點的壁厚 斜率宜小于1/5.

    19、鑄鋼節(jié)點的內(nèi)/外圓角半徑設(shè)計(t₁+t₂表示相鄰兩壁的壁厚)。

 

(t₁+t₂)/2

(mm)

內(nèi)圓角半徑R(mm)

鑄鋼節(jié)點內(nèi)夾角a

<50°

51°～75°

76°～105° 106°～135° 136°～165° >165°

≤8

4

4

6

8

16

20

9～12

4

4

6

10

16

25

13～16

4

6

8

12

20

30

17～20

6

8

10

16

25

40

21～27

6

10

12

20

30

50

28～35

8

12

16

25

40

60

36～45

10

16

20

30

50

80

46～60

12

20

25

35

60

100

61～80

16

25

30

40

80

120

81～110

20

25

35

50

100

160

111～150

20

30

40

60

100

160

151～200

25

40

50

80

120

200

201～250

30

50

60

100

160

250

251～300

40

60

80

120

200

300

>300

50

80

100

160

250

400

 

(t₁+t₂)/2

(mm)

外圓角半徑R(mm)

外圓角度a

<50°

51°～75°

76°～105° 106°～135° 136°～165° >165°

≤25

2

2

2

4

5

8

25～60

2

4

4

6

10

16

60～160

4

4

6

8

16

25

160～250

4

6

8

12

20

30

250～400

6

8

10

16

25

40

400～600

6

8

12

20

30

50

600～1000

8

12

16

25

40

60

1000～1600

10

16

20

30

50

80

1600～1500

12

20

25

40

60

100

>2500

16

25

30

50

80

120

    20、鑄鋼節(jié)點焊接面間距L計算。（備注：通過滿足焊接面間距，可以計算出每個支管的長度）

 

焊接面間距

L(mm)

b<200mm

b≥200mm

兩個焊接面均為方管

250

250+(b-200)x350/800

兩個焊接面一方一圓

200

200+(b-200)x250/800

兩個焊接面均為圓管

150

150+(b-200)x200/800