铸钢节点设计方法摘要

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铸钢节点设计方法摘要

 

    1、铸件壁厚不宜大于150mm，当壁厚很大时应考虑厚度效应引起的屈服强度、伸长率、冲击功等的降低。

    2、承受静力荷载或间接动力荷载时，多管可焊铸钢节点可选用G20Mn5N铸钢材料。

    3、G20Mn5N材料的抗拉抗压和抗弯强度设计值235MPa，抗剪强度设计值135MPa，端面承压 （刨面顶紧）设计值310MPa。

    4、铸钢件的物理性能指标（和普通钢材相同）：弹性模量E=2.06e5N/mm²；剪切模量G=79e³N/mm²；线膨胀系数a=12e^-6/℃；质量密度ρ=7850kg/m³。

    5、铸钢节点承载力应按承载力极限状态计算。承载能力极限状态包括铸钢节点的强度破坏、局部稳定破坏和因过度变形而不适于继续承载。

    6、圆管汇交的铸钢相贯节点的承载力，当铸钢材料伸长率和强屈比满足于铸钢强度等级对应的Q235和Q345钢材的性能指标时，可按国家标准《钢结构设计规范》GB50017中第10.3.3条的规定验算。

    7、铸钢节点试验的破坏承载力不小于荷载设计值的2倍，弹塑性有限元分析所得的极限承载力不小于荷载设计值的3倍。

    8、铸钢节点的有限元分析宜采用实体单元。在铸钢节点与构件连接处、铸钢节点内外表面拐角处等易于产生应力集中的部位，实体单元的最大变长不应大于该处最薄厚壁，其余部位的单元尺寸可适当增大，但单元尺寸变化宜平缓。（个人建议沿圆管壁厚方向，至少剖分3个以上单元）

    9、铸钢节点的有限元分析中，径厚比不小于10的部位可采用板壳单元。（个人建议采用壳单元，采用板单元时，需仔细分析时适用性）

    10、铸钢节点承受多种荷载工况组合又不能准确判断其设计控制工况时，可分别按每一种荷载工况组合进行计算。

    11、进行弹塑性有限元分析时，铸钢节点材料的 应力-应变曲线宜采用具有一定强化刚度的二折线模型。复杂应力状态的强度准则应采用von Mises屈服条件。

    12、铸钢节点的极限承载力可按弹塑性有限元分析得出的荷载-位移全过程曲线确定。

    13、用弹塑性有限元分析结果确定铸钢节点的承载力设计值时，承载力设计值不应大于极限承载力的1/3.

    14、铸钢节点试验必须辅以有限元分析和对比。

    15、铸钢节点与钢结构的连接方式可采用焊缝连接、螺纹连接和销轴连接。

    16、铸钢节点的合理铸造壁厚

铸钢节点最大轮廓尺寸(mm)

铸钢节点次大轮廓尺寸(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、铸钢节点的最小铸造壁厚（mm）

铸钢节点最大轮廓尺寸

<200

200～400

400～800

800～1250

1250～2000

2000～3200

壁厚

9

10

12

16

20

25

    18、铸钢节点设计应避免壁厚急剧变化，铸钢节点的壁厚 斜率宜小于1/5.

    19、铸钢节点的内/外圆角半径设计(t₁+t₂表示相邻两壁的壁厚)。

 

(t₁+t₂)/2

(mm)

内圆角半径R(mm)

铸钢节点内夹角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)

外圆角半径R(mm)

外圆角度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、铸钢节点焊接面间距L计算。（备注：通过满足焊接面间距，可以计算出每个支管的长度）

 

焊接面间距

L(mm)

b<200mm

b≥200mm

两个焊接面均为方管

250

250+(b-200)x350/800

两个焊接面一方一圆

200

200+(b-200)x250/800

两个焊接面均为圆管

150

150+(b-200)x200/800