考虑节点柔度的空心圆钢管桁架的简化分析模型

摘要

焊接圆钢管桁架在节点部位存在明显的局部柔度现象,在进行有限元分析时要精确模拟这种节点局部柔度就需要采用3D实体或壳单元模拟整个管桁架结构,这导致有限元分析的计算量大、效率低,不利于在工程设计中采用.为了简化计算过程,通常使用常规梁单元模拟钢管构件,并将管节点部位模拟成刚接形式.这种简化方法虽然提高了计算效率,但是却无法模拟出节点局部柔度导致的变形.为了解决这个问题,在常规梁单元模型基础上,在节点部位引入一个虚拟梁单元(Fictitious Beam Element,FBE)模拟节点的局部变形.虚拟梁单元的刚度可通过以往对管节点柔度研究所提出的参数公式进行等效.为了验证这种简化模型的准确性,对由T型管节点和Y型管节点组成的管桁架进行参数分析,共计算了12个管桁架模型,对这些管桁架模型分别采用3D有限元模型、常规刚接梁单元模型以及所提出的虚拟梁单元模型进行分析.研究结果表明:常规刚接梁单元模型会过低估计管桁架的变形,而采用虚拟梁单元模型则可以高精度地计算出管桁架的变形.