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概述
构件间的连接应遵循“强节点、弱构件”的设计理念，连接节点的设计和校核至关重要，在很多结构鉴定和加固设计项目中，需要对结构的连接节点（特别是重要、复杂的关键节点）进行承载力校核，以获得节点的实际受力性能。
节点验证一般有两种方法：标准法和有限元法。
标准方法适用于连接形式相对明确的连接节点，如钢框架的梁-柱、梁-梁连接节点，柱脚节点，管桁架的相贯节点等钢结构节点计算软件，可直接手工计算，也可借助各类工具箱进行计算。
有限元方法适用于各种连接、受力复杂的节点，例如复杂的管道节点、支撑节点、各种转换结构中的转换节点等，都需要通过有限元计算来确定节点的受力特性。
本文主要介绍基于有限元法的钢结构连接节点验证。
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一般原则
采用有限元法验证连接节点时，可遵循以下原则。
1. 单位类型选择
一般情况下，可采用实体单元或壳单元进行分析，对于重要、复杂、异形节点，建议采用实体单元进行计算，对于管道节点等“薄壁”节点，可采用壳单元或实体单元进行模拟。
2. 网格密度
对于关键节点、接头及易产生应力集中的部位，网格尺寸应小于相关部位的最小厚度，可通过检查不同网格密度下的计算结果来验证，当两种计算结果变化不大时，可认为当前的网格密度合适。
3. 约束
对节点进行单个分析时，应注意节点的边界条件处理，在尽可能恢复其实际连接性能的同时进行合理简化；
还可以采用多尺度建模方法，将验证节点嵌入到整体模型中进行协同分析，从而更准确地模拟边界约束。
4. 内力值
在对某个节点进行单独分析时，可以选取其中一种或多种力较大的荷载条件下的设计内力进行计算，分析时可以将内力进行一定程度的放大，以考虑最不利的荷载组合效应。
5.正确考虑接触特性
合理确定和模拟各种接触关系，如接触类型的选择、接触面力学行为的简化、接触算法的选择、主从表面的指定等。
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基本分析流程
以多尺度建模方法为例，节点验证的主要步骤如下。
步骤1：提取整体模型中的节点局部线模型。
步骤2:创建节点的3D实体模型。
步骤3：节点网格划分。
步骤4：组装并连接节点到整体分析模型。
步骤5：施加载荷并进行节点验证。
第六步：整理计算结果。
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案件
以某工程管桁架结构的管道节点为例，采用ABAQUS通用有限元软件进行计算，采用壳单元进行模拟，并将节点嵌入结构整体分析模型中进行验证。
整体结构分析模型如下图所示。
图1 整体结构分析模型
图2 待验证节点位置
节点验证的主要分析流程如下：
步骤1：提取整体结构分析模型中的节点线模型，建立节点三维壳单元模型。
图3 节点线模型
图4 节点三维壳单元模型
步骤2：划分节点网格，如下图所示。
图5 节点网格划分
步骤3：将节点嵌入到ABAQUS整体分析模型中，如下图所示。
图6 ABAQUS整体分析模型
图7 节点连接
步骤4：施加荷载，进行节点分析和验证。本次验证的控制条件为1.3恒定荷载+1.5风荷载。
步骤5：检查并整理验证结果，如下图。
图8 节点Mises等效应力
根据上图计算结果，节点大部分区域应力在200MPa以下，部分杆件连接处应力达到屈服强度，建议采取加固措施钢结构节点计算软件，严格控制焊接施工质量。
撰稿人：张东
编辑 | 余英俊
校对 | 王玲
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