焊接T型鋼梁有限元力學(xué)模型見(jiàn)圖7。
圖7 焊接T型鋼梁有限元力學(xué)模型
6.1.1工況2(11.7KN)作用下結(jié)構(gòu)變形（詞條“變形”由行業(yè)大百科提供）和應(yīng)力分布
4.2米梁的工況2總水平荷載為11.7KN(后文均在工況名后的括號(hào)內(nèi)給出荷載值)。圖8～9給出了在工況2作用下結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力分布。
圖8工況2作用下焊接T型梁的位移 圖9工況2作用下焊接T型梁的應(yīng)力分布
6.1.2在極限荷載(45KN)條件下結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布
在極限荷載(45KN)條件下結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布如圖10～11。由圖11可以看出，在達(dá)到最大承載力時(shí)，結(jié)構(gòu)跨中截面幾乎全部進(jìn)入塑性，形成塑性鉸，結(jié)構(gòu)成為機(jī)構(gòu)，從而喪失承載能力。
圖10 45KN荷載作用下焊接T型梁的應(yīng)力分布 圖11 45KN荷載作用下焊接T型梁的位移
6.2栓接T型鋼梁
栓接T型梁的有限元模型見(jiàn)圖12。
圖12栓接T型梁的有限元模型
6.2.1工況2(11.7KN)作用下結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力分布
工況2(11.7KN)條件下結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布如圖13～14,工況2(11.7KN)條件下結(jié)構(gòu)中受力最大的栓釘應(yīng)力分布如圖15～16。圖12中由于支座附近的應(yīng)力集中，其發(fā)生局部塑性。在跨中，截面未進(jìn)入塑性。
通過(guò)栓釘?shù)氖芰梢钥闯觯芰ψ畲蟮乃ㄡ敚糠诌M(jìn)入塑性，但沒(méi)有進(jìn)入全截面塑性。
6.2.2極限荷載條件下(36.8KN)結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力分布
極限荷載條件下(36.8KN)結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力分布如圖17～18，極限荷載條件下(36.8KN) 結(jié)構(gòu)中受力最大的栓釘應(yīng)力分布如圖19～20。與焊接T型鋼梁類(lèi)似的是，在極限狀態(tài)，跨中截面僅有中和軸附近截面而其余大部分截面進(jìn)入塑性，進(jìn)而形成塑性鉸，結(jié)構(gòu)失去承載能力。
在極限荷載條件下，栓釘全截面塑性，而且截面大部分到達(dá)屈服極限(800Mpa)。
6.3T型鋼梁理論與實(shí)驗(yàn)承載力曲線比較
將理論分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較可得圖21～22。
通過(guò)，圖20～21可以發(fā)現(xiàn)，栓接T型梁的精細(xì)模型分析得到的結(jié)果與試驗(yàn)值十分接近。其荷載位移曲線在線性段幾乎是重合，證明該精細(xì)有限元分析模型合理，能夠用來(lái)準(zhǔn)確分析栓接T型鋼梁的受力狀態(tài)。由圖20看出，由于1.2米一對(duì)連接板存在，增強(qiáng)了栓接T型鋼梁的承載力，其最終理論分析極限承載力為36.8KN，試驗(yàn)得出為40KN左右。 而焊接T型鋼梁的極限承載力為45KN，按照此連接方式(M8@300,連接板@1200)制作的栓接T型鋼梁的承載力較焊接T型鋼梁的承載力下降了大約18%。
表3 4.2米栓接T型鋼梁螺栓狀態(tài)比較.
|
荷載(KN) |
11.70 |
13.50 |
15.75 |
23.06 |
26.66 |
29.69 |
31.87 |
33.58 |
|
全截面塑性栓釘數(shù)（個(gè)） |
0 |
4 |
4 |
10 |
12 |
12 |
14 |
14 |
|
占栓釘總數(shù)的比例（％） |
|
26.67 |
26.67 |
66.67 |
80.00 |
80.00 |
93.33 |
93.33 |
建設(shè)單位： 北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建指揮部
工程地點(diǎn)： 北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)內(nèi)
設(shè)計(jì)單位： 中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院
建筑高度：33m
幕墻面積：46800m2
幕墻類(lèi)型：鋁合金玻璃幕墻、鋁板
可以看到在11.7KN荷載(工況2)作用下，4.2米T型鋼梁沒(méi)有發(fā)現(xiàn)螺栓進(jìn)入全截面塑性，在13.5KN荷載作用下，有4根螺栓退出工作，占栓釘總數(shù)的26.6%，而這個(gè)荷載工況在疲勞試驗(yàn)中得到體現(xiàn)，經(jīng)過(guò)10萬(wàn)次循環(huán)，T型鋼梁的不可逆變形為1.1mm，主要原因在于有少量栓釘在最大荷載14KN下全截面塑性。當(dāng)然，隨著這個(gè)比例的加大，T型鋼梁的承載能力也逐漸達(dá)到極限。
7.實(shí)際尺寸栓接T型鋼梁承載力分析
按照?qǐng)D3所示實(shí)際結(jié)構(gòu)，采用有限元精細(xì)模型進(jìn)行分析，其有限元模型如圖23。在工況2作用下，分析結(jié)果如圖24～28所示。
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