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土木工程学报ＣＨＩＮＡＣＩＶＩＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪＯＵＲＮＡＬ第４０卷第９期２００７年９月Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．９Ｓｅｐ．２００７钢梁柱半刚性节点顶底角钢弱轴连接的有限元分析郝际平１李文岭１，２（１．西安建筑科技大学，陕西西安７１００５５；２．山东建筑大学，山东济南２５０１０１）摘要：空间钢框架结构的高等分析必须考虑梁柱弱轴连接的抗弯特性。
为研究钢梁柱节点弱轴连接的弯矩－转角性能，进行３个顶底角钢弱轴连接大尺寸试件的单调加载试验，并建立有限元分析模型，有限元分析考虑几何大变形、材料非线性和接触非线性。
为与试验结果对比，有限元分析采用的构件几何尺寸、材料特性、摩擦系数等参数和加载过程均与试验相同，对比显示有限元分析结果和试验结果吻合较好。
这进一步明确了顶底角钢弱轴连接的应力分布、塑性发展、变形特点、接触摩擦状态和破坏模式。
研究表明：顶底角钢弱轴连接具备一定的弯矩承载能力和良好的转动变形能力，顶角钢可以形成３个塑性铰机构；角钢弱轴连接与角钢强轴连接不同的是，柱腹板过于薄弱可以改变弱轴连接的变形模式；顶底角钢弱轴连接在使用荷载作用下接触状态稳定。
关键词：角钢弱轴连接；弯矩－转角性能；有限元分析；试验研究中图分类号：ＴＵ３９１ＴＵ３１７＋．１文献标识码：Ａ文章编号：１０００－１３１Ｘ（２００７）０９－００３６－０７Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｔｈｅｔｏｐ－ａｎｄ－ｓｅａｔａｎｇｌｅｍｉｎｏｒａｘｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆｓｅｍｉ－ｒｉｇｉｄｓｔｅｅｌｂｅａｍ－ｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔｓＨａｏＪｉｐｉｎｇ１ＬｉＷｅｎｌｉｎｇ１，２（１．Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００５５，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｄｏｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｏｍｅｎｔｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｂｅａｍ－ｃｏｌｕｍｎｍｉｎｏｒａｘｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｓｈｏｕｌｄｂｅｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄｉｎａｄｖａｎｃｅｄｓｐａｃｅｆｒａｍｅａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｒｅｅｌａｒｇｅｓｃａｌｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗｉｔｈｔｏｐ－ａｎｄ－ｓｅａｔａｎｇｌｅｍｉｎｏｒａｘｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄｕｎｄｅｒｍｏｎｏｔｏｎｉｃｌｏａｄｉｎｇ，ａｎｄｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒＦＥＭａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｗｉｔｈｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆｇｅｏｍｅｔｒｉｃｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｃｏｎｔａｃｔ－ｆｒｉｃｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｗｅｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｗｉｔｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｏｐ－ａｎｄ－ｓｅａｔａｎｇｌｅｍｉｎｏｒａｘｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｐｏｓｓｅｓｓｃｅｒｔａｉｎｍｏｍｅｎｔｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｇｏｏｄｒｏｔａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙ．Ｔｈｒｅｅ－ｐｌａｓｔｉｃ－ｈｉｎｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｃａｎｂｅｆｏｒｍｅｄｉｎｔｏｐａｎｇｌｅｕｎｄｅｒｍｏｎｏｔｏｎｉｃｌｏａｄｉｎｇ．Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｄｅｍａｙｃｈａｎｇｅｆｏｒｍｉｎｏｒａｘｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｔｈｉｎｃｏｌｕｍｎｗｅｂ，ｗｈｉｃｈｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｓｔｒｏｎｇａｘｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｅａｍ－ｃｏｌｕｍｎｍｉｎｏｒａｘｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；ｔｏｐ－ａｎｄ－ｓｅａｔａｎｇｌｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；ｍｏｍｅｎｔ－ｒｏｔａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙＥ－ｍａｉｌ：ｈａｏｊｉｐｉｎｇ＠ｘａｕａｔ．ｅｄｕ．ｃｎ引言半刚性连接具有良好的变形能力，可以调整弯矩在结构中的分配，从而使结构更经济合理［１］。
论文摘要:为了研究半刚性路面实际的动态响应规律,依据路面动力学理论,运用有限元软件ABAQUS建立三维模型。
通过数值计算得出:横向应变和纵向应变都随着车辆行驶的速度提高,呈下降趋势下降幅度最高都达到15%以上,且横向应变都大于纵向应变。
在路面设计和研究时,不仅要考虑沥青面层底部最大拉应变值,还要考虑压应变值。
疲劳寿命试验时,要考虑应变比的影响,应变比与速度和轴载都有关系。
在车辆拥堵的地段,要适当提高沥青混合料的抗拉强度。
关键词:沥青路面;半刚性基层;动力响应;ABAQUS1 引言目前,大多数国家沥青路面设计方法,一般都把车辆荷载视为静荷载或近似等效静荷载。
但随着车辆行驶速度的大幅提高,静载模式已不能反映路面的实际受力状况。
关于路面结构动态力学模型的研究始于20世纪70年代,YangNC(1972)针对机场道面设计的需要提出有必要对飞机与道面间的动力相互作用进行研究,并建议用功率谱密度(PSD)描述两者之间的随机振动[1]。
GillespieTD等(1993)为研究重载车辆对路面的破坏作用,对动荷载特征和路面响应进行研究,分析了轴载、车辆悬挂系统、轴距、轮压等因素的影响[2]。
Zaman等考虑了路面沥青材料的粘弹属性[3]。
在国内,邓卫东等利用弹塑性动力有限元方法研究了路基不均匀沉降对沥青路面受力变形的影响[4]。
郝大力等对FWD荷载和车轮荷载作用下的层状体系路面结构响应的一般规律进行了分析[5-6],张洪亮等对移动荷载下柔性路面的动力响应进行了分析[7]。
王金昌等利用断裂力学理论分析了含反射裂缝沥青路面的动应力强度因子规律[8]。
黄晓明(1990)对路面结构在特定动荷载作用下的一般响应进行了理论分析[9],邓学钧等(1995)对弹性层状体系的动力响应进行了有限元计算[10]。
本文依据结构动力分析理论,对多层弹性体系路面在动态荷载作用下的响应进行分析。
2 基本理论有限单元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个,且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体[11]。
半刚性连接刚框架力学模型分析摘要：众所周知，节点的刚度影响着钢框架的结构性能。
要准确的确定节点的刚度值需要对节点采用复杂的数值模拟方法(如有限元)。
本文的主要目的是提出一个力学模型以分析节点刚度对框架性质的影响。
力学模型是基于用三个弹簧和一个不产生变形的节点模拟来描述相关节点和单元之间的平动位移和转动位移。
由此模型可以得到梁构件的刚度矩阵和受弯时的荷载向量。
本文举例说明了这种方法的简洁性和实用性。
关键词：刚接；半刚接；连接；计算模型；框架；塑性铰1.引言传统的钢结构分析和设计过程中，框架连接通常简化铰接或者刚接的。
理想的铰接意味着梁柱之间不传递弯矩，理想的刚接意味着连接该节点的构件之间不发生相互转动[1,2]。
但是，这两种情况是实际通常所用的大多数部分传递弯矩的连接的极端形式。
为评估框架的实际性能，有必要考虑连接柔度对框架性能的影响。
连接的柔度取决于紧固件的变形，连接的类型，它们的位置和连接构件的局部变形[7-9]。
连接细部构造涉及结构不同构件间的连接，因此，连接细部构造的任何改变都可能导致连接性质的明显变化[10-12]。
一些研究者如Kishi和Chen[9]收集了现有的实验结果并建立了钢结构连接的数据库，不但能提供给用户实验数据还能给出一些预测性的方程。
但是并不所有的结构工程师都可以接触到这些实验结果，并且当框架分析中连接的细部构造与现有的实验有明显的不同时，通过数据库得到的连接性质并不能正确的反映实际的连接。
De Lima[13]等人利用神经网络的概念来确定梁柱连接节点刚度的初始刚度。
但是这种方法使用范围有限，故作者并没有用实验数据对该方法的正确性加以验证。
Lopez[14]等人分析单层网格时基于数值模拟和实验结果建立了一种模型，该模型考虑了节点的刚度。
Del Savio等人也建立了半刚性连接节点的一种参数化的模型用来分析空腹梁。
梁柱连接实验结果[1,7,8,10_13,16]表明，在所有连接形式中，弯矩—转角关系都是呈非线性的并且随着连接刚度的变化而变化，两者的关系可用以下公式[17,18]表示：θ(1) =kMα由于有大量的参数影响连接的性质，故准确的模拟连接的性质就变得困难起来。
半刚性纯钢节点有限元模型的建立及分析李景旺【摘要】采用有限元软件ANSYS对齐平端板连接的梁柱纯钢节点进行建模,阐述了ANSYS有限元模型建立的几个关键,并根据有限元分析结果得出了齐平端板连接半刚性纯钢节点的弯矩与转角的关系曲线,从而为以后分析节点应力、变形能力等奠定了基础.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2010(036)014【总页数】2页(P82-83)【关键词】刚性节点;有限元模型;弯矩;转角【作者】李景旺【作者单位】珠海格力房产有限公司,广东,珠海,519020【正文语种】中文【中图分类】TU3181 概述在钢结构的设计中，钢框架横梁与柱的连接起着在两种构件之间传递弯矩和剪力(剪力与轴力的转换)的作用，是钢结构框架的主要组成部分[1]，因此，构件连接节点是高层钢结构安全的重要保证。
钢结构的结构变形性能主要决定于节点的连接，其连接性能直接影响着整个框架在荷载作用下的整体性能，是钢框架设计中要注意的关键部位之一[2]。
梁与柱连接的刚度对框架性能的影响比较显著，而即便是新修订的钢结构规范也只是将框架的梁柱节点处理为理想的刚接或铰接。
习惯上，只要连接对转动约束达到理想刚接(即框架发生变形时梁柱之间没有相对转动，其夹角保持不变)的90%以上，即可视为刚接;而把在外力作用下，梁、柱轴线夹角的改变量达到理想铰接(梁与柱之间不能传递弯矩，并且用铰连接在一起的梁与柱将独立的发生转动)的80%以上的连接视为铰接。
但实际工程当中很难做到上述的两种情况，大部分都是介于两个极端情况之间的半刚性连接[3]。
很显然，按照完全的刚接或者铰接则使设计偏于保守或不安全。
所以，研究钢结构框架节点的真实变形能力，使设计安全、合理、经济，具有极其重要的意义。
本文采用有限元软件ANSYS对齐平端板连接的梁柱纯钢节点进行建模，并利用其结果得到弯矩与转角的关系曲线，为以后分析节点的应力、变形能力等提供基础。
2 几何模型齐平端板半刚性纯钢节点的几何尺寸见表1，其构造示意图见图1。
出于半剐性连接的初始剐度主要与连接件的抗弯刚度、板厚以及螺栓的分稀位置有关，本文以有柱加劲肋，端扳厚度为２０ｍｍ，排列四排螺栓，并且第ｌ排螺栓与第２｛｛｜＝螺栓、第３排螺栓‘ｉ第４排螺栓Ｉ’ＨＪ距为１２０ｍｍ分和的外伸端板螺栓连接为基本模型，然后分别去掉托加劲肋、增加端极厚度以及改变螺栓分布进行计算。
为了区别这些模型，简单称为：ａ无加劲肋：ｂ有加劲肋、端板厚度２０ｍｍ；ｃ端板厚度２５ｍｍ：ｄ四排螺栓、问距１００ｍｍ；ｅ五排螺栓：ｆ三排螺栓。
部分有限元模型如图３－６。
（ａ）无加劲肋（ｂ）有加劲肋（ｃ）螺栓详图图３－６部分有限元模型３．３２有限元模型计算分析３．３．２．１有无柱加劲肋的外伸端板连接的分析对有柱加劲肋和无柱加劲肋的外伸端板连接分别进行有限元计算。
首先，分析连接节点各个组件的应力变化。
全部荷载分两个荷载步分别施加，第一步施加约束荷载和螺栓预紧力，第二步施扭ｌ竖向位移荷载。
第一个荷载步施加完成后，部分汁算模型的应力分缔如图３－７所示。
ｌ枣ｌ（ａ）Ｏ所示为柱右侧翼缘相对应端板部分，阁（ｂ）为端板，两者的应力分布大致相同，都是螺栓孔周围２～３ｍｍ直径范围内有应力，且越靠近孔应力越大，越远离孔应力越小。
图（ｃ）为螺栓的应力分靠。
螺栓杆的应力分确ｊ是Ｉｈ杆的中问ｌ≈两端逐渐增大，螺栓杆与螺栓帽连接处最大。
螺栓帽的分却～方面是出圆心处逐渐向外递减，另一方面是由靠２９——（ａ）柱右冀缘（ｂ）端板（ｃ）螺栓（ｄ）柱腹板和粱腹板（ｅ）梁上下翼缘图３－７第ｌ荷载步作用下的应力分布云图（ａ）无加劲肋（ｂ）有加劲肋图３－８螺栓的应力分布云图３０——加劲肋柱翼缘的应力增加快慢不同，程度不同，图３－９为柱右侧翼缘的最后应力分布云图。
有无加劲肋粱端板的应力变化过程大致栩同，应力从第１排、第２排螺栓孔附近丌始增长，逐渐扩张到第ｌ排、第２排螺栓的中州部位，随后第３排、第４排巾ｌ－白Ｊ丌始出现应力增长，范ｃｌ；ｌ逐渐扩人。
