鑄鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法摘要
1、鑄件壁厚不宜大于150mm，當(dāng)壁厚很大時(shí)應(yīng)考慮厚度效應(yīng)引起的屈服強(qiáng)度、伸長率、沖擊功等的降低。
2、承受靜力荷載或間接動力荷載時(shí)，多管可焊鑄鋼節(jié)點(diǎn)可選用G20Mn5N鑄鋼材料。
3、G20Mn5N材料的抗拉抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值235MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值135MPa，端面承壓 （刨面頂緊）設(shè)計(jì)值310MPa。
4、鑄鋼件的物理性能指標(biāo)（和普通鋼材相同）：彈性模量E=2.06e5N/mm2；剪切模量G=79e3N/mm2；線膨脹系數(shù)a=12e-6/℃；質(zhì)量密度ρ=7850kg/m3。
5、鑄鋼節(jié)點(diǎn)承載力應(yīng)按承載力極限狀態(tài)計(jì)算。承載能力極限狀態(tài)包括鑄鋼節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度破壞、局部穩(wěn)定破壞和因過度變形而不適于繼續(xù)承載。
6、圓管匯交的鑄鋼相貫節(jié)點(diǎn)的承載力，當(dāng)鑄鋼材料伸長率和強(qiáng)屈比滿足于鑄鋼強(qiáng)度等級對應(yīng)的Q235和Q345鋼材的性能指標(biāo)時(shí)，可按國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017中第10.3.3條的規(guī)定驗(yàn)算。
7、鑄鋼節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)的破壞承載力不小于荷載設(shè)計(jì)值的2倍，彈塑性有限元分析所得的極限承載力不小于荷載設(shè)計(jì)值的3倍。
8、鑄鋼節(jié)點(diǎn)的有限元分析宜采用實(shí)體單元。在鑄鋼節(jié)點(diǎn)與構(gòu)件連接處、鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)外表面拐角處等易于產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，實(shí)體單元的最大變長不應(yīng)大于該處最薄厚壁，其余部位的單元尺寸可適當(dāng)增大，但單元尺寸變化宜平緩。（個(gè)人建議沿圓管壁厚方向，至少剖分3個(gè)以上單元）
9、鑄鋼節(jié)點(diǎn)的有限元分析中，徑厚比不小于10的部位可采用板殼單元。（個(gè)人建議采用殼單元，采用板單元時(shí)，需仔細(xì)分析時(shí)適用性）
10、鑄鋼節(jié)點(diǎn)承受多種荷載工況組合又不能準(zhǔn)確判斷其設(shè)計(jì)控制工況時(shí)，可分別按每一種荷載工況組合進(jìn)行計(jì)算。
11、進(jìn)行彈塑性有限元分析時(shí)，鑄鋼節(jié)點(diǎn)材料的 應(yīng)力-應(yīng)變曲線宜采用具有一定強(qiáng)化剛度的二折線模型。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的強(qiáng)度準(zhǔn)則應(yīng)采用von Mises屈服條件。
12、鑄鋼節(jié)點(diǎn)的極限承載力可按彈塑性有限元分析得出的荷載-位移全過程曲線確定。
13、用彈塑性有限元分析結(jié)果確定鑄鋼節(jié)點(diǎn)的承載力設(shè)計(jì)值時(shí)，承載力設(shè)計(jì)值不應(yīng)大于極限承載力的1/3.
14、鑄鋼節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)必須輔以有限元分析和對比。
15、鑄鋼節(jié)點(diǎn)與鋼結(jié)構(gòu)的連接方式可采用焊縫連接、螺紋連接和銷軸連接。
16、鑄鋼節(jié)點(diǎn)的合理鑄造壁厚
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鑄鋼節(jié)點(diǎn)最大輪廓尺寸(mm) |
鑄鋼節(jié)點(diǎn)次大輪廓尺寸(mm) |
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≤350 |
351～700 |
701～1500 |
1501～3500 |
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≤1500 |
15～20 |
20～25 |
25～30 |
—— |
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1501～3500 |
20～25 |
25～30 |
30～35 |
35～40 |
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3501～5500 |
25～30 |
30～35 |
35～40 |
40～45 |
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5501～7000 |
35～40 |
40～45 |
45～50 |
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17、鑄鋼節(jié)點(diǎn)的最小鑄造壁厚（mm）
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鑄鋼節(jié)點(diǎn)最大輪廓尺寸 |
<200 |
200～400 |
400～800 |
800～1250 |
1250～2000 |
2000～3200 |
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壁厚 |
9 |
10 |
12 |
16 |
20 |
25 |
18、鑄鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)避免壁厚急劇變化，鑄鋼節(jié)點(diǎn)的壁厚 斜率宜小于1/5.
19、鑄鋼節(jié)點(diǎn)的內(nèi)/外圓角半徑設(shè)計(jì)(t1+t2表示相鄰兩壁的壁厚)。
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(t1+t2)/2 (mm) |
內(nèi)圓角半徑R(mm) |
|||||
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鑄鋼節(jié)點(diǎn)內(nèi)夾角a |
||||||
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<50° |
51°～75° |
76°～105° | 106°～135° | 136°～165° | >165° | |
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≤8 |
4 |
4 |
6 |
8 |
16 |
20 |
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9～12 |
4 |
4 |
6 |
10 |
16 |
25 |
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13～16 |
4 |
6 |
8 |
12 |
20 |
30 |
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17～20 |
6 |
8 |
10 |
16 |
25 |
40 |
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21～27 |
6 |
10 |
12 |
20 |
30 |
50 |
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28～35 |
8 |
12 |
16 |
25 |
40 |
60 |
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36～45 |
10 |
16 |
20 |
30 |
50 |
80 |
|
46～60 |
12 |
20 |
25 |
35 |
60 |
100 |
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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 |
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201～250 |
30 |
50 |
60 |
100 |
160 |
250 |
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251～300 |
40 |
60 |
80 |
120 |
200 |
300 |
|
>300 |
50 |
80 |
100 |
160 |
250 |
400 |
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(t1+t2)/2 (mm) |
外圓角半徑R(mm) |
|||||
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外圓角度a |
||||||
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<50° |
51°～75° |
76°～105° | 106°～135° | 136°～165° | >165° | |
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≤25 |
2 |
2 |
2 |
4 |
5 |
8 |
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25～60 |
2 |
4 |
4 |
6 |
10 |
16 |
|
60～160 |
4 |
4 |
6 |
8 |
16 |
25 |
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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 |
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1000～1600 |
10 |
16 |
20 |
30 |
50 |
80 |
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1600～1500 |
12 |
20 |
25 |
40 |
60 |
100 |
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>2500 |
16 |
25 |
30 |
50 |
80 |
120 |
20、鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接面間距L計(jì)算。（備注：通過滿足焊接面間距，可以計(jì)算出每個(gè)支管的長度）
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焊接面間距 |
L(mm) |
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b<200mm |
b≥200mm |
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兩個(gè)焊接面均為方管 |
250 |
250+(b-200)x350/800 |
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兩個(gè)焊接面一方一圓 |
200 |
200+(b-200)x250/800 |
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兩個(gè)焊接面均為圓管 |
150 |
150+(b-200)x200/800 |
