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空心截面构件的钢结构节点
空心截面构件的钢结构节点
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空心截面构件的钢结构节点

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空心截面构件的节点在承受更高荷载时可能会产生较大变形。另一方面,板件可能在非弹性范围内发生屈曲,为此,软件中实现了几何和材料双重非线性分析。

面外变形

空心截面节点承载能力极限状态的判定准则之一是空心截面的面外变形。该校核功能已在软件中实现(在"规范设置"中以"局部变形校核"的形式提供,对于空心承载构件默认开启)。该准则由 CIDECT 设计指南 认可。承载能力极限状态的限值为截面较小尺寸的 3%(圆形空心截面 CHS 为 0.03 d0,矩形空心截面 RHS 为 0.03 b0),正常使用极限状态的限值为 1%。

圆形空心截面(CHS)和矩形空心截面(RHS)的截面尺寸定义

空心截面节点的典型荷载-变形曲线;红色曲线为受压薄壁构件,绿色曲线为受压普通构件,蓝色曲线例如为受拉 X 形节点

几何与材料双重非线性分析(GMNA)

对于某些空心截面节点,尤其是径厚比较大的情况,几何线性分析可能无法以足够的精度反映节点的受力行为,导致其承载力被低估或高估。建议对空心截面节点采用更高级的几何与材料双重非线性分析,尽管计算时间略有增加。若在规范设置中选择了空心截面的 GMNA 分析,则对于以空心截面构件为承载构件的模型,将以 GMNA 代替几何线性材料非线性分析(MNA,IDEA Statica Connection 中的标准分析方法)。

注意:若承载构件不是空心截面,则无论规范设置中 GMNA 的开关状态如何,整个节点模型的分析均禁用 GMNA 求解器。

壳单元模型端部截面变形

由壳单元组成的模型端部截面可能发生变形。空心截面节点需要相对较长的构件——最长可达截面直径的 10 倍。在壳单元模型部分的后方设置了凝聚超单元,在保持与全壳单元模型相同精度的同时加快计算速度。凝聚超单元仅具有弹性材料属性,这意味着由所研究破坏模式引起的塑性应变不应延伸至壳单元模型的端部。因此,壳单元模型默认在最后一道加工操作之后延伸 1.25 倍截面高度(可在规范设置中修改)。 

空心截面壳弯曲承载力折减(初始缺陷)

规范中空心截面节点的承载力由破坏模式法确定,该方法采用基于试验和高级数值模型拟合的曲线模型。实际结构存在初始缺陷和残余应力,而 IDEA StatiCa Connection 的壳单元模型无法捕捉这些因素。为使计算结果与规范结果更加吻合,通过折减高 D/(2t) 比值空心截面壳的弯曲承载力来模拟残余应力和初始缺陷的影响。