钢结构圆管节点设计中的有限元分析

有限元分析技术作为一种运用计算机工具的数值分析方法，可以对各种力学问题进行有效的处理。在计算力学原理的基础上，应用微机前后处理系统进行钢结构的节点承载力分析，是一种有效的方法。

由于目前国内外大直径钢管直接焊接节点的有限元分析资料很少，考虑到北京植物园展览温室大跨度钢管空间结构形式奇特、受力复杂、屋面荷载相对较大的具体情况，为保证结构的安全可靠，设计合理，需对该结构进行整体力学分析，本文根据钢结构设计规范中节点承载力的设计公式对典型的x型节点进行了计算，并与有限元分析的结果进行了比较。以便为今后钢管结构的设计与应用创造更好的技术条件。

2算例资料北京植物园G20与G21相交的弦杆节点各项指标如下：主管外径均为299mm，管壁厚12mm；次管外径均为219mm，管壁厚10mm.钢管材料均采用16Mn.上弦节点下弦节点3有限元建模3.1建模原理这一过程属于有限元分析中的前处理阶王晓怡，男，廖述江，男东南大学土木工程学院硕士研究生在东南大学土木工程学院就读硕士研究生范圣刚，男，东南大学土木工程学院博士研究生段，即将整体结构或其一部分简化为理想的数学模型，用离散化的网络代替连续实体结构或求解区域。

模命令构建有限元三维模型，并把各主、支管设为不同的层，最终建立起X型圆管节点模型。

在构建有限元模型时，确定模型的对称性和完整性非常重要。确定了前者，可以应用拷贝、镜像、旋转等命令，很容易的建立起整个模型，大大减少了工作量。后者的确定，保证了模型能代表研究对象的内外部所有主要特征。

本文中X型圆管节点模型中，主管沿Y方向，两个支管分别沿Y轴的正负方向，轴线均在Y-Z平面内。在主、支管焊接区采用细化网格的方法进行处理。

3.2边界条件主、支管端部的集中荷载均转化为端部轴向的节点荷载。

表中自由度均指整体坐标下的位称矢量。

自由主、支管各个位置的边界条件自由度主管两侧支管1一端支管2―端4使用译码器（Decoder）有限元分析模块的桥梁，它的作用有两个：首先是把图形文件包含的几何信息、荷载信息和约束信息转化成可读的ASC格式，形成一个可直接进行分析的数据文件和一个可供SuperView显示分析的文件（。SST）本文中圆管节点模型均采用理想弹性材料，材料性能指标如下：5有限元分析结果用SSAPOH模块可计算出圆管节点模型的应力、应变，通过SuperView观察分析结果，如下图（~4表示未变形前的圆管节点图，~8表示上弦节点变形图，含等值线，~12表示下弦节点变形图，含等值线）：最大位移值0.9365最大位移值0.9699mm按钢结构设计规范进行计算的结果结论保证节点处主管强度的支管内力限值（规范GB117-88）节点形式受压支管内力限值受拉支管内力限值N>，X型计算图表上弦节点下弦节点虽然由于有限元分析程序本身的不足和建立模型时假定材料理想弹性造成了一定误差，但是分析结果仍具有相当的准确性和代表性。

在成片出现的应力篼峰区处，最高平均应力为下弦节点290.509N/IW与手算结果相比较可知，对钢结构大直径圆管X型节点，按钢结构设计规范进行计算的最高应力比有限元分析的值低许多。也就是说，按有限元分析得到的结果偏于安全。