铸钢节点设计方法摘要

1、铸件壁厚不宜大于150mm，当壁厚很大时应考虑厚度效应引起的屈服强度、伸长率、冲击功等的降低。
2、承受静力荷载或间接动力荷载时，多管可焊铸钢节点可选用G20Mn5N铸钢材料。
3、G20Mn5N材料的抗拉抗压和抗弯强度设计值235MPa，抗剪强度设计值135MPa，端面承压（刨面顶紧）设计值310MPa。
4、铸钢件的物理性能指标（和普通钢材相同）：弹性模量E=2.06e5N/mm2；剪切模量G=79e3N/mm2；线膨胀系数a=12e-6/℃；质量密度ρ=7850kg/m3。
5、铸钢节点承载力应按承载力极限状态计算。承载能力极限状态包括铸钢节点的强度破坏、局部稳定破坏和因过度变形而不适于继续承载。
6、圆管汇交的铸钢相贯节点的承载力，当铸钢材料伸长率和强屈比满足于铸钢强度等级对应的Q235和Q345钢材的性能指标时，可按国家标准《钢结构设计规范》GB50017中第10.3.3条的规定验算。
7、铸钢节点试验的破坏承载力不小于荷载设计值的2倍，弹塑性有限元分析所得的极限承载力不小于荷载设计值的3倍。
8、铸钢节点的有限元分析宜采用实体单元。在铸钢节点与构件连接处、铸钢节点内外表面拐角处等易于产生应力集中的部位，实体单元的最大变长不应大于该处最薄厚壁，其余部位的单元尺寸可适当增大，但单元尺寸变化宜平缓。（个人建议沿圆管壁厚方向，至少剖分3个以上单元）
9、铸钢节点的有限元分析中，径厚比不小于10的部位可采用板壳单元。（个人建议采用壳单元，采用板单元时，需仔细分析时适用性）
10、铸钢节点承受多种荷载工况组合又不能准确判断其设计控制工况时，可分别按每一种荷载工况组合进行计算。
11、进行弹塑性有限元分析时，铸钢节点材料的 应力-应变曲线宜采用具有一定强化刚度的二折线模型。复杂应力状态的强度准则应采用von Mises屈服条件。
12、铸钢节点的极限承载力可按弹塑性有限元分析得出的荷载-位移全过程曲线确定。
13、用弹塑性有限元分析结果确定铸钢节点的承载力设计值时，承载力设计值不应大于极限承载力的1/3.
14、铸钢节点试验必须辅以有限元分析和对比。
15、铸钢节点与钢结构的连接方式可采用焊缝连接、螺纹连接和销轴连接。
16、铸钢节点的合理铸造壁厚

铸钢节点最大轮廓尺寸(mm)	铸钢节点次大轮廓尺寸(mm)
≤350	351～700	701～1500	1501～3500
≤1500	15～20	20～25	25～30	——
1501～3500	20～25	25～30	30～35	35～40
3501～5500	25～30	30～35	35～40	40～45
5501～7000		35～40	40～45	45～50

17、铸钢节点的最小铸造壁厚（mm）

铸钢节点最大轮廓尺寸	<200	200～400	400～800	800～1250	1250～2000	2000～3200
壁厚	9	10	12	16	20	25

18、铸钢节点设计应避免壁厚急剧变化，铸钢节点的壁厚 斜率宜小于1/5.
19、铸钢节点的内/外圆角半径设计(t1+t2表示相邻两壁的壁厚)。

(t1+t2)/2 (mm)	内圆角半径R(mm)
铸钢节点内夹角a
<50°	51°～75°	76°～105°	106°～135°	136°～165°	>165°
≤8	4	4	6	8	16	20
9～12	4	4	6	10	16	25
13～16	4	6	8	12	20	30
17～20	6	8	10	16	25	40
21～27	6	10	12	20	30	50
28～35	8	12	16	25	40	60
36～45	10	16	20	30	50	80
46～60	12	20	25	35	60	100
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
201～250	30	50	60	100	160	250
251～300	40	60	80	120	200	300
>300	50	80	100	160	250	400

(t1+t2)/2 (mm)	外圆角半径R(mm)
外圆角度a
<50°	51°～75°	76°～105°	106°～135°	136°～165°	>165°
≤25	2	2	2	4	5	8
25～60	2	4	4	6	10	16
60～160	4	4	6	8	16	25
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
1000～1600	10	16	20	30	50	80
1600～1500	12	20	25	40	60	100
>2500	16	25	30	50	80	120

20、铸钢节点焊接面间距L计算。（备注：通过满足焊接面间距，可以计算出每个支管的长度）

焊接面间距	L(mm)
b<200mm	b≥200mm
两个焊接面均为方管	250	250+(b-200)x350/800
两个焊接面一方一圆	200	200+(b-200)x250/800
两个焊接面均为圆管	150	150+(b-200)x200/800

参考文献：《铸钢节点应用技术规程》(CECS 235:2008)