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科技的進(jìn)步與時(shí)代的發(fā)展使得桁架結(jié)構(gòu)作為一種簡(jiǎn)明的受力結(jié)構(gòu)而被廣泛應(yīng)用在建筑、橋梁、船舶、機(jī)械等工程領(lǐng)域，同時(shí)管結(jié)構(gòu)由于其安全、經(jīng)濟(jì)、美觀的性能也越來(lái)越多地被使用。管桁架結(jié)構(gòu)集中了管和桁架的優(yōu)點(diǎn)，在各國(guó)工程領(lǐng)域中受到了越來(lái)越多的青睞。中國(guó)在管節(jié)點(diǎn)方面開(kāi)展了大量的研究工作，而在管桁架方面的研究工作還較少，本研究中使用有限元分析軟件ANSYS對(duì)方鋼管桁架的受力、變形、破壞特點(diǎn)進(jìn)行了分析。
本研究的桁架尺寸見(jiàn)表，桁架形式及選用的桿件截面尺寸見(jiàn)圖，施加荷載為節(jié)點(diǎn)荷載，跨中節(jié)點(diǎn)荷載為P，支座節(jié)點(diǎn)荷載為P/2。
本研究中使用有限元分析軟件ANSYS中的4節(jié)點(diǎn)彈塑性殼單元Shell43來(lái)模擬桁架，同時(shí)考慮材料非線性和幾何非線性。網(wǎng)格劃分時(shí)，在節(jié)點(diǎn)部位較密，單元長(zhǎng)度約為10 mm，桿件中部較粗，單元長(zhǎng)度為20～30 mm，連接處采用粗細(xì)過(guò)渡，施加節(jié)點(diǎn)荷載于弦桿腹板上，支座約束為一端固定鉸接和一端滑動(dòng)鉸接的線約束。求解采用基于弧長(zhǎng)控制的牛頓-拉弗森方法。材料力學(xué)特性是：鋼材為Q235型鋼，材料的屈服強(qiáng)度為235 MPa，彈性模量為2.06×e5MPa，強(qiáng)化模量為2.06×e3MPa，泊松比為0.3。不計(jì)材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的影響，材料服從Mises屈服準(zhǔn)則。
桁架1A和桁架2A不考慮焊縫的影響，而桁架1B和桁架2B考慮焊縫的影響，采用Shell43單元來(lái)模擬焊縫，焊縫處腹桿的壁厚為腹桿實(shí)際壁厚上焊縫焊腳尺寸的有效值之和。
本研究中選用桁架2A作為典型桁架進(jìn)行研究，桁架尺寸及桿件截面尺寸參照表和圖。該桁架為簡(jiǎn)支桁架，共將模型劃分為33908個(gè)單元，且未考慮初始缺陷、節(jié)點(diǎn)焊縫及殘余應(yīng)力的影響。
該桁架在節(jié)點(diǎn)荷載作用下，發(fā)生桁架平面內(nèi)的彎曲變形。當(dāng)施加的節(jié)點(diǎn)荷載P=23.03 kN(過(guò)極值點(diǎn))時(shí)，桁架的變形見(jiàn)圖，節(jié)點(diǎn)B、C、D、E的變形見(jiàn)圖。
由圖可以看出，當(dāng)該荷載作用下在節(jié)點(diǎn)處時(shí)，與壓桿相交的弦桿翼緣表面凹陷，腹板表面凸出，與拉桿相交的弦桿翼緣表面凸出。該桁架中K型間隙節(jié)點(diǎn)主要發(fā)生弦桿表面的塑性屈服。
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