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新型钢结构梁柱端板加强型节点有限元分析余飞;徐超【摘要】以既有的钢结构梁柱端板连接节点为基础,提出一种新型钢结构梁柱端板加强型节点,利用ANSYS有限元软件进行低周循环往复荷载作用下的数值模拟分析.通过将新型梁柱端板加强型节点与既有的梁柱端板连接节点的数值模拟结果的对比,表明该新型梁柱端板加强型节点具有更好的力学性能和抗震性能.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2018(040)005【总页数】4页(P70-73)【关键词】新型节点;端板加强型节点;力学性能;抗震性能;有限元分析【作者】余飞;徐超【作者单位】中天建设集团有限公司,武汉430071;武汉和创建筑工程设计有限公司, 武汉 430073【正文语种】中文【中图分类】TU3910 引言钢结构梁柱端板连接属于半刚性连接，也是钢结构装配式连接的一种，具有良好的连接性能、抗震性能、施工质量易控制、现场无需焊接、施工效率高等优点[1]。
钢结构梁柱端板连接在欧洲国家、地区的应用比较早，技术较成熟[2，3]，在我国的工程应用尚处于起步阶段，尚未推广开来。
因此，钢架构梁柱端板连接节点的研究有必要进一步深入。
文献[4]中端板连接是将梁上翼缘、下翼缘、腹板与端板均采用全焊接对接焊缝连接，然后使用高强螺栓将端板与柱连接成为一个整体，节点连接形式见图1。
考虑到全焊接连接易产生应力集中问题，同时为减少焊缝处的残余应力，使塑性铰外移，增强梁端承载能力以及节点的力学性能和抗震性能。
以此为出发点，本文提出一种新型钢结构梁柱端板加强型节点：端板仅与梁在上翼缘、下翼缘处采用全溶透对接焊缝连接；梁腹板与端板通过角钢连接，角钢长肢与梁腹板采用三面围焊，短肢与端板通过高强螺栓与柱翼缘连接，节点连接形式见图2。
结合国内外文献资料，依据我国相关规范[5-9]，设计确定了新型钢结构梁柱端板加强型节点。
1 既有的钢结构梁柱端板连接节点（既有节点）文献[4]中钢结构梁柱端板连接节点模型的基本信息：各构件尺寸见图1（a）。
次翻边成型过程中：极限翻边系数：预冲孔直径：：最大翻边高度：120YAN JIUJIAN SHE与下模座的接触面相固定。
根据凸模、凹模、挡墙及压料板的尺寸大小及装配后所需要的具体情况，我设计出下模座的长为400mm，宽度为250mm，高度为50mm。
为了上、下模座的配合运动，导向装置不可缺少，即在下模座的一侧留有一对直径为32mm 的孔洞作为导柱的安装位置。
下模座的设计用到了绘制草图、拉伸、腔体、求和、求差等命令。
与下模座的设计类似，运用拉伸等基本操作完成实体设计后，还需要设计出上模座导套的位置。
即在与下模座对应的同一侧，在相同的轴线上做出直径为38mm 的孔洞。
本模具的结构有上模座、凸模、凹模、顶出器、挡料块、下模座、定位销、导柱、导套等，在各个零件设计完成后，就要进行装配工作。
通过菜单工具栏中的装配工具，对所选用的零件进行装配，并对其位置关系逐一进行约束，各部件在经过装配之后被装配成一个具有相对约束的整体，可进行与本文相关的翻边工序加工。
为了更好的观察零件之间的相对关系，我们对该装配进行爆炸图制作。
我们选择装配-爆炸图-编辑爆炸图，然后选择自动爆炸。
但是由于自动爆炸产生的爆炸图不太利于观看，需要对其进行手动编辑，即编辑爆炸图。
三、UG 运动仿真典型步骤如下：首先将要分析的装配图导入运动仿真模块，确定以及分析所需的连杆，再建立连杆之间的运动副，然后定义整个机构承受的载荷，然后进行机构的运动仿真，从中得出所分析的运动副处的位移、速度、加速度及力的数值及特性曲线，为下一步做有限元分析或作强度分析、结构设计、优化设计打下了基础。
首先，我们打开软件，将所做的装配体导入UG 中，然后选择开始-运动仿真，在运动导航器中新建一个仿真。
下模座以及与它固定连接的翻边凹模、限位块和导柱在整个翻边模具的运动过程中都是固定不动的，没有任何的位移变化，所以选中它们设置为连杆L001，即固定连杆。
固定连杆L001确定之后，我们开始确定由压料块和三个定位销工作组合的动连杆L002。
钢结构双层加强环式梁柱节点受力性能研究何军【摘要】复杂节点设计是钢结构工程设计中的难点,本文结合实际工程所遇到的双层加强环式梁柱节点形式,对其进行了1∶1足尺模型试验研究,并运用有限元软件ANSYS对试验过程进行了数值模拟,采用理想弹塑性应力-应变关系和Von-Mises 屈服准则,考虑几何非线性影响,其分析结果进一步体现出该类型节点的力学性能和破坏形态.【期刊名称】《广东土木与建筑》【年(卷),期】2014(021)007【总页数】4页(P13-16)【关键词】钢结构;双层加强环;梁柱节点;试验研究;有限元分析【作者】何军【作者单位】广东省建筑设计研究院广州510010【正文语种】中文1 概述合理的节点连接是保证结构安全的关键，对结构受力有着至关重要的影响。
加强环式节点是研究最成熟，应用最广泛的节点连接形式之一，对其进行的理论分析及力学研究论文也多有报道［1～4］。
但根据建筑功能需求，加强环的布置变得越来越复杂。
作者已对单层加强环式梁柱节点进行了力学分析［5］，本文作为加强环式节点系列研究的一部分，针对实际工程中的双层加强环式梁柱节点，进行了足尺模型试验研究及有限元分析。
2 试验研究2.1 试件概况结合实际工程，按1∶1比例足尺设计制作模型试件，试件钢管柱上安装2个加强环，在环板端部外接3根工字钢梁，试件模型如图1所示（图中KL指钢框梁）。
试件的主要参数如下：采用φ325×16钢管柱，工字梁尺寸为H200×200×7×10，加强环板宽 170mm、板厚 12mm，环间距350mm。
2.2 材料性能试件为全钢结构，按照《低合金高强度结构钢》以及《结构用无缝钢管》标准制作完成。
钢材强度等级为Q345B，其屈服强度在350MPa以上，极限抗拉强度在530MPa以上，钢材弹性模量为2.06×105MPa，泊松比为0.3，焊缝质量要求达到二级焊缝质量标准。
《弯扭荷载下外伸端板连接节点受力性能有限元分析》篇一一、引言随着现代建筑技术的不断进步，外伸端板连接节点在钢结构工程中得到了广泛应用。
这种连接方式因其独特的力学性能和施工便利性，在桥梁、高层建筑、大跨度空间结构等工程领域中发挥着重要作用。
然而，在弯扭荷载作用下，外伸端板连接节点的受力性能变得复杂，需要进行深入研究。
本文采用有限元分析方法，对外伸端板连接节点在弯扭荷载下的受力性能进行分析，以期为实际工程提供理论依据。
二、有限元模型建立1. 模型简化与假设为便于分析，对模型进行适当简化。
假设外伸端板连接节点由钢板、螺栓等构成，且各部分材料属性均匀、连续。
忽略节点加工误差、材料非线性等因素的影响。
2. 网格划分与材料属性采用合适的网格划分方法，对外伸端板连接节点进行离散化处理。
根据实际工程中使用的材料，赋予各部分材料属性，如弹性模量、泊松比、屈服强度等。
3. 边界条件与荷载设置根据实际工程情况，设置边界条件和荷载。
在模型中施加弯扭荷载，模拟外伸端板连接节点在实际工作状态下的受力情况。
三、有限元分析结果1. 应力分布在弯扭荷载作用下，外伸端板连接节点各部分的应力分布不均。
通过有限元分析，可以得到节点各部分的应力云图，从而了解节点的应力分布情况。
2. 变形情况有限元分析可以得出外伸端板连接节点在弯扭荷载作用下的变形情况。
通过观察节点的变形图，可以了解节点的刚度和承载能力。
3. 连接性能评估根据有限元分析结果，可以评估外伸端板连接节点的连接性能。
通过对比节点的应力、变形等数据，可以了解节点的承载能力和安全性。
四、结果讨论1. 弯扭荷载对节点性能的影响弯扭荷载对外伸端板连接节点的性能具有显著影响。
在弯扭荷载作用下，节点的应力分布不均，可能导致局部应力集中，从而影响节点的承载能力和安全性。
2. 有限元分析的局限性虽然有限元分析可以有效地模拟外伸端板连接节点在弯扭荷载下的受力性能，但仍存在一定的局限性。
例如，有限元分析无法考虑材料非线性、加工误差等因素的影响，因此在实际工程中需结合其他方法进行综合分析。
加强环板式节点有限元分析
加强环板式节点有限元分析
摘要：本文采用有限元软件ANSYS对加强环板式节点进行仿真分析，通过对节点在各个荷载工况作用下的分析，获得型钢骨架、上下环板和混凝土压应力水平，从而对节点安全性进行评价，并验证设计的合理性。
关键词：有限元加强环板式节点仿真分析型钢骨架
中图分类号：TP文献标识码： A 文章编号：
本次仿真分析以某车站大型空间框架结构为背景，采用有限元软件MIDAS CIVIL建立空间板梁模型，进行整体分析，进而选取典型节点，采用板单元和实体单元建立有限元模型，进行局部分析。
选取节点纵、横梁采用型钢混凝土结构，立柱采用钢管混凝土结构。
纵、横梁在立柱节点处梁高3.0m，中部梁高2.5m，采用C60混凝土；立柱节点处直径2.0m，采用C50混凝土。
图1-1 MIDAS空间板梁结构整体模型
1.1有限元仿真
节点细部计算采用大型有限元分析软件ANSYS进行局部分析。
建模时混凝土采用SOLID65单元模拟，钢筋采用LINK8单元模拟，纵横梁钢骨架和立柱钢管采用SHELL181单元模拟。
纵、横梁混凝土采用C60，立柱混凝土采用C50，普通钢筋采用HRB335，纵、横梁和立柱型钢骨架采用Q345，混凝土材料采用多线性等向强化模型MISO，钢材采用双线性等向强化模型BISO。
型钢骨架部分，纵横梁上下翼缘板厚50mm，纵横梁腹板板厚40mm，立柱钢管壁厚50mm，上下加强环板厚50mm，钢管内部环向加劲肋厚40mm，节点纵向加劲肋板厚30mm。
建立有限元模型如图1-2所示。
图1-2(a)节点有限元模型图1-2(b)刚性骨架有限元模型
图1-2(c)节点钢筋有限元模型图1-2(d)节点内部结构细部图
钢筋混凝土有限元模型采用分离式结构，不考虑钢筋和混凝土之间的相对滑移，通过共有相同节点来实现相互之间的连接；纵、横梁型钢骨架上下翼缘设置剪力钉，来实现型钢骨架和混凝土之间力的传递，模型中通过型钢骨架和混凝土共用节点来模拟；立柱钢管在节点内部设置加劲板，混凝土受立柱环箍效应，处于三向受压状态，因此，不考虑混凝土和钢管之间的相对滑移；纵横梁纵向受力钢筋焊接在上下环板上，有限元模型通过CP命令，建立耦合方程，实现钢筋和环板之间的连接。
1.2模型分析
由于结构的多线列车活载的特殊性，工程在结构检算时，采用荷载包络设计的思路，简化组合类型。
结构检算主要是在主力包络或主+附包络状态下进行。
Midas提取荷载组合内力见表1-1所示。
方便施加荷载描述，将荷载工况进行如下定义：
工况一：主力包络最小荷载组合；工况二：主力包络最大荷载组合；
工况三：主+附包络最小荷载组合；工况四：主+附包络最大荷载组合；
表1-1MIDAS单元内力提取
图1-3 MIDAS单元内力提取标示图1-4 ANSYS有限元模型边界
1.3结论
采用ANSYS对立柱节点在主力包络最小荷载工况、主力包络最大荷载工况和主+附包络最小荷载工况、主+附包络最大荷载工况作用下，进行有限元非线性分析计算，提取工况1、工况2、工况3、工况4作用下纵横梁混凝土轴向压应力、纵横梁钢筋轴向应力、纵横梁型钢Von-Mises应力、立柱混凝土轴向压应力、立柱钢管Von-Mises
应力和节点上下加强环板Von-Mises应力。
具体各个工况下结构的应力见表1-2所示。
表1-2各个荷载工况组合结构各部分应力提取结果汇总（单位：MPa）
根据计算分析结果，对结构的安全性做出评价，主要结论如下：通过分析立柱节点在工况1、工况2、工况3和工况4荷载组合
作用下结构的应力，纵横梁混凝土最大压应力为20Mpa；纵横梁型钢骨架最大Von-Mises应力为154Mpa；纵横梁纵向受力钢筋最大轴向
应力为114Mpa；立柱混凝土最大轴向压应力为13Mpa；立柱钢管最大Von-Mises应力为179Mpa；节点上下加强环板最大Von-Mises应力为113Mpa，因此，该立柱结构节点安全性可以得到保证；
立柱节点在四个荷载工况作用下的分析表明：结构在工况3和工况4荷载组合作用下，即主+附包络荷载组合作用下，结构的整体应
力水平和最大应力水平均比工况1和工况2荷载组合作用下结构的整体应力水平和最大应力水平高，说明立柱节点结构的安全性设计主要由工况3和工况4控制；
在工况4荷载组合作用下，纵梁杆件312257为拉杆，造成纵梁
结构在节点根部斜截面出现开裂，横梁杆件305962轴向压力433kN，在弯矩作用下，造成横梁结构在节点根部斜截面出现开裂；混凝土斜截面开裂，使得纵横梁型钢腹板应力增大，在工况4荷载组合作用下，纵梁型钢腹板最大Von-Mises应力为154Mpa。
在工况3和工况4荷载组合作用下，立柱节点根部应力偏大，最大Von-Mises应力达到179Mpa，建议钢管内部环板加密，使钢管应
力更加均匀。
参考文献
1. 王新敏.《ANSYS工程结构数值分析》人民交通出版社，2007.
2.杨成臣，钢管混凝土柱外加强环式节点受力性能研究，【武汉
理工大学硕士学位论文].武汉:武汉理工大学，2007.
作者简介：
张鹏举（1983-），男，助理工程师，2011年毕业于西南交通大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士
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