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 |