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钢结构节点承载力设计(EN)
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钢结构节点承载力设计(EN)

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在本分步教程中,您将学习如何在 IDEA StatiCa Connection 中使用基于 CBFEM(基于组件的有限元模型)的承载力设计分析类型,对结构钢节点进行设计和抗震规范校核。

1 新建项目

启动 IDEA StatiCa(下载最新版本),下载并打开 源项目文件。节点设计已完成,并已准备好进行标准应力/应变分析。

注意:自 25.0 版本起,其他抗震节点设计可在节点向导的 Define Geometry 列中的 Seismic 模板集中找到。

2 计算与校核

点击功能区中的 Calculate 按钮启动应力/应变分析。分析模型将自动生成,计算完成后,可在场景左上角查看整体校核结果。 

可以看出,根据应力/应变分析,该节点设计合理,通过了所有校核。

为保留这些结果,请复制此项目条目。 

3 承载力校核

在新项目条目(CON2)中,将分析类型更改为 CD – Capacity design。 

必须选择耗能构件。可通过顶部功能区中的命令或在场景树中鼠标右键单击来添加。

应将预期出现塑性铰的构件或板件选为耗能构件。材料超强系数和应变硬化系数将应用于所选构件。在本示例中,选择 IPE360 构件作为耗能构件,并使用空格键/回车键/右键单击或勾选图标确认选择。

在 IPE360 构件的属性中,调整以下参数: 

  • 将模型类型设置为 N-Vz-My,因为该节点仅能抵抗竖向平面内的弯矩,绕梁弱轴的弯曲必须受到约束。详见 如何建立单螺栓节点模型(模型类型)
  • 将力的作用位置参数切换为位置,以便精确定义作用力的位置。塑性铰的位置与作用力位置相近:X = 365 mm。详见 如何定义正确的荷载作用位置(力的作用位置)

如何确定塑性铰的正确位置?结构工程师需要判断塑性铰将在何处出现。通常,塑性铰在梁上确定。在本示例中,塑性铰将出现在最后一块加劲板外侧面的紧后方。可方便地从软件中读取位置(线框视图)。

下一步,需要定义荷载效应。抗震分析的荷载与规范相关(材料超强系数、应变硬化系数),同时也受屈服强度、截面几何特性等因素影响。

本示例的荷载按以下步骤计算:

\[M_{\textrm{Ed}} = \gamma_{\textrm{sh}} \cdot f_{\textrm{y,ov}} \cdot W_{\textrm{p}l} = 1.2 \cdot 443.75 \cdot 10^6 \cdot 1.0218 \cdot 10^{-3} = 544.12 \, \textrm{kNm} \]

\( \gamma_{\textrm{sh}} = 1.2 \) 

\( f_\textrm{y} = 355 \, \textrm{MPa} \)

\( f_{\textrm{y,ov}} = f_\textrm{y} \cdot \gamma_{\textrm{ov}} = 355 \cdot 1.25 = 443.75\, \textrm{MPa} \)

\( \gamma_{\textrm{ov}} = 1.25 \) 

\( W_{\textrm{pl,IPE360}} = 1.0218 \cdot 10^6 \, \textrm{mm}^3 \)

\[ V_{\textrm{Ed}} = \frac{2 \cdot M_{\textrm{Ed}}}{L_{h}} = 2 \cdot \frac{544.12}{7.32} = 148.67 \, \textrm{kN} \]

\(L_{h} = 7.32 \, \textrm{m} \, -\) 梁上塑性铰之间的距离

将计算所得的剪力和弯矩作为新荷载效应(LE)添加。

剪力和弯矩必须具有适当的符号,使弯矩在梁上沿远离节点方向递减。

复制此荷载效应,并改变作用力的方向,使第二个荷载效应沿相反方向作用。

现在可以通过 Calculate 命令启动承载力分析。

从结果可以看出,该节点未通过规范校核,需要对设计进行修改。

将端板厚度增加至 25 mm,以防止其破坏。

为提高柱的承载能力,在其腹板处添加补强板(添加加劲板制造操作)。

补强板通过对接焊缝与柱腹板焊接,同时还需定义与翼缘的焊缝。

 另外四条焊缝需要添加,以将柱两侧的补强板与两块翼缘焊接。

柱腹板处的加劲板需要通过板件切割制造操作进行切割,并与补强板焊接。

重复板件切割操作,将所有四块加劲板与补强板连接。

所有设计操作均已完成,在 Check 选项卡中运行 Calculate。可以看出,所有组件(如焊缝和螺栓)均通过了规范校核。耗能构件板件的塑性应变不影响整体结果。 

可通过查看塑性应变来分析塑性铰的出现情况。

塑性铰出现在预期位置,该节点通过了承载力设计所要求的校核。

为更好地理解结果,请参阅理论背景。

4 报告

最后,您可以查看报告。IDEA StatiCa 提供完全可定制的报告,可打印输出或保存为可编辑格式。

您已根据欧洲规范(EN)完成了结构钢节点的承载力设计校核。

在查看器中打开下载

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