摘要：梁、柱節點作為鋼框架中的關鍵連接部分，直接影響著結構在荷載作用下的整體性能。本文運用ANSYS軟件，對最不利荷載組合工況作用下梁柱剛接節點數值模型進行計算分析，得到了連接節點各組件相應的應力分布，并提出一些改進的建議。

　　關鍵詞：脫銷,鋼支架結構,剛性節點,應力分析

　　火力發電廠脫硝鋼支架結構主要支撐一次風機煙道、SCR脫硝反應器、進出口煙道，平臺扶梯、管道等附屬設施，由于整體結構高度大、跨度大、自重大，對梁和柱將產生較大的作用效應。梁、柱節點作為鋼框架中的關鍵連接部分，起著傳遞構件之間的彎矩和剪力的作用，其連接性能直接影響著整個結構在荷載作用下的整體性能。本文運用ANSYS軟件對脫硝鋼支架結構剛性節點進行數值模擬，重點分析節點連接部位和螺栓的應力分布，以期為鋼結構梁柱節點的設計提供參考。

　　1 有限元模型

　　建立有限元實體模型，考慮到邊界效應，柱的截面高度相對梁截面高度適當選大，剛性連接節點模型柱高為4.0 m，梁長為2.5 m，采用10.9級M20摩擦型高強螺栓，連接板厚度為10 mm。在ANSYS中定義了Q345和20MnTiB兩種鋼的材料模型，梁柱翼緣、腹板、加勁板、連接板為Q345鋼，螺母、栓體及墊圈為20MnTiB鋼。材料為各向同性，彈性模量取2.06×105 MPa，泊松比取0.3，密度取7.8×10-6 kg/mm3，接觸面摩擦系數為0.5。計算采用Von-Mises屈服準則，材料強化采用多線性隨動強化準則。

 圖2 有限元模型

　　從整體結構的不同荷載組合中選取最不利組合工況，根據軸力圖、剪力圖和彎矩圖，將荷載轉化為有限元模型中柱端和梁自由端的等效荷載。

　　2 數值模擬結果

　　柱翼緣應力分布所示，從中可以看出柱翼緣應力分布對稱合理。最大應力位于柱翼緣和梁翼緣焊接處，大小為93.6 MPa，遠小于鋼材的屈服強度，表明在此不利荷載工況作用下剛性連接節點柱翼緣局部受力性能較好。

　　梁腹板應力分布所示，梁腹板整體應力分布較為合理， 在100 MPa左右，應力較大的地方主要分布在上下兩排螺栓孔，最大值約為327.0 MPa，主要由于螺栓孔的應力集中引起。應力集中導致的最大值小于材料屈服強度，該腹板的承載能力滿足設計要求，局部應力集中可以通過現場焊接施工工藝進行改善，從而進一步降低螺栓孔周邊的最大應力。

　　梁翼緣應力分布，梁翼緣整體應力分布合理，應力較大的地方位于梁腹板和柱翼緣交界處，主要由于應力集中引起，約為165.0 MPa，小于材料的屈服強度，梁翼緣的承載能力滿足設計要求，受力性能較好。

　　連接板應力分布，從中可以看出，連接板整體應力在60 MPa左右，應力較大的地方主要分布在上下兩排螺栓孔，最大值約為313.0 MPa，主要由于螺栓孔的應力集中引起。應力集中導致的最大值小于材料屈服強度，該連接板的承載能力滿足設計要求，減緩局部的應力集中可以通過適當的增加連接板的厚度、改變螺栓孔尺寸和排列來實現。

　　加勁板應力分布，柱加勁板總體應力較小，最大應力位于與柱腹板和翼緣的連接處，約為77.0 Mpa，小于材料的屈服強度，該加勁板的承載能力滿足設計要求，加勁板厚度和位置不同對梁柱連接節點的受力性能有較大影響。

　　螺栓的應力分布，在預緊力和荷載的共同作用下，螺栓整體應力均較大，約為490MPa，小于材料的屈服強度，承載能力滿足設計要求，施加的預緊力在梁柱連接節點的受力分析過程中起到了作用。

　　3 結論

　　本文采用ANSYS軟件，對最不利荷載組合工況作用下梁柱剛接節點數值模型進行了計算分析，得到了連接節點各組件(柱翼緣和加勁板，梁腹板和翼緣，連接板和螺栓)相應的應力分布，最大應力都小于材料的屈服強度，滿足承載能力要求。脫硝鋼支架結構采用的梁柱 剛性連接節點總體受力性能較好，但也有一些有待改進的地方，主要有以下幾點：

　　(1) 腹板和連接板在螺栓孔周邊應力較大，最大應力達到了327MPa，非常接近材料的屈服強度，主要是由于在這些位置應力集中引起的，同時數值模型沒有考慮焊縫的補強效應和連接的光滑過度，導致計算得到的最大應力比實際應力要偏大，可以通過適當提高連接板的厚度以及焊接施工工藝。

　　(2) 對一些受力較大的梁柱剛性連接節點，可以在梁端下部加腋板加強梁端與柱的剛性連接，以提高梁柱連接節點的延性性能。

　　(3) 梁柱節點的受力分析僅局限于強度驗算，脫硝鋼支架結構具有高度高、跨度大等特點，柱的層高相對截面尺寸較大，應注意構件的整體穩定以及梁柱腹板的局部穩定設計。

　　參考文獻：

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