方钢管混凝土柱-钢梁节点有限元分析
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维普资讯
第３ ４卷 第 ４期
・
９ ・ ６
２ ００８年 ２月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨ Ｉ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ． ４ Ｎｏ ４ １３ ． Ｆｅ ｂ． ２ ０ Ｏ８
文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ８ ０ ０ ６０ １０ —８ ５ ２０ ）４０ ９ —３
３ 计算 结果及 分析
’
文 中分析
限制其 发生水平 位移。此次分 析 的柱 下端采用 全约束 ， 上 ２ 钢材的本构关系及强度准则。对钢管 、 Ｔ型加劲板及钢 由度 ， ） 双 ５ ＂ 梁 同 梁 的强 化 准 则 均 采 用 经 典 的 多 线 性 随 动 强 化 本 构 模 型 （ ｌ ｓ ａ 端 约束 ３， 方 向 自由度 ， 采 用 两 种 方 式 加 载 ， 时 在 柱 顶 施 加 Ｃａ ｉ ｌ ｓｃ Ｎ Ｂｌ ｅｒ ｉｅ ｔ ａｄｎ ）使 用一 个多线 性来 表示 应 力应 变 曲 ５ｋ 的 面 荷 载 。 ｉ ａ ｎｍａｉ Ｈ ｒｉ ， ｉ Ｋ ｂ ｃ ｇ
１钢材的材性。文中的钢材选用 ｅ ３ 钢 ， ） ５ 弹性模量取 ２ ０ 力 、 ．６× 压力 ， 同时还可以模拟 钢的弹 塑性 性 质。混凝土 选用 Ｓｌ６ ｏｄ ５ ｉ １ ｒｍ ， ０ Ｎ／ ２泊松 比取 ０ ３ 屈服强度取 ２ ５Ｎ／ ｍ２ ａ ．， ３ ｒ 。钢材 的材性 单元建模 。 ａ
应 变 ／ｔ ｔｅ
图 １ 节 点 实 体
图 ２ 钢 管 内 混凝 土 应 力一 应 变 关 系 图
２ 定义材 料属 性和单 元类 型
２ １ 钢材 ．
２ ３ 材 料模 型 ．
划分单 元时 ， 管及 钢梁 采用 ８节点 的 Ｓｌ ４ 钢 ｏｉ ５单 元 ， ｄ 选用
Ｌｎ８单元来模 拟钢管 及 钢梁作 用 ， ｉｋ ｉ ｋ Ｌｎ ８单元 可 以承受单 向拉
尺 寸 取为 ４０ｍ Ｘ ０ ０ ｍ ０ｍｍＸ１ Ｉｌ 梁 取 ４ ０１Ｔ×４ ０１１ × ４ １ｆ钢 ４Ｔ ， Ｆ ０ ＩＩ ０ ＩＩ Ｔ １ ＴＴ
Ｉ 材料 Ｉ 使用区域 ｌ 抗压强度／・ｌ一ｌ Ｎｒ ｌ 弹性模量／ ・ｌ ２ ｌ ｆ ２ Ｔ Ｎｒ ｌ ｌ泊松比 ｌ ｌ ｆ一 Ｔ Ｉ４ 混凝土Ｉ Ｃ０ 方钢管内 ｌ 部 ２． ６８ ｌ ３ ５ １ ｌ ． ３ ］ ×０ ２ ４ １Ｄ Ｉ ０ ７
方钢 管混凝 土柱一 钢 梁 节点 有 限元 分析
葛明兰 常 伟 鲁 家晟
摘 要 ： 通过有限元软件 Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ对设有双 Ｔ加劲板连接件 的方钢管混凝土柱一 钢梁节点进行 了空 间非线性分析 ， 究 研 节 点区在单调荷载和低周反复荷载作用下的受力机理 ， 出方钢管混凝 土柱一 钢梁节点具 有优 良的延性及耗能能力， 指 且
混凝土本 构方程 的建立 要涉及 到屈服 准则 、 流动 法则 、 强化 准则 和破坏准则 。
使用区域
钢梁腹 板 钢 梁翼缘
屈服强度
Ｎ ｎ２ １
极限强度
Ｎ／ｎ Ｔ邢２
伸长率 ８ 强屈 比
％
２５ ３ ２３ ４
３０ ４ ３２ ５
２ ９ ２ ８
１４ ．５ ｌ４ ２
参数如屈服强度 ， 拉 强度 取 单 向拉 伸 时 的实验 值 ， 要 抗 主
有： 弹性 模量 、 泊松 比、 强化模量 等 ， 各参数详见表 １ 。
表 １ 钢材材料性能参数
材料
１ 厚钢板 ３ ２ 厚钢板 ｌ
在有限元分析中 ， 材料本构方程 的建 立是最本质 、 最关键 的， 它反映 了材料的特性 及所建 立的模 型是否 符合实 际问题 。钢 和
该模型 中混凝土 的本构关系曲线如图 ２ 所示 。
１ ３ｍｍＸ２ ＯＴ型加劲板的截 面尺寸为： 向加劲板高度 Ｈ ＝ １ ｍｍ 竖 １０１１， 向加劲板长度 Ｌ ＝１０１１。加劲板厚 度 ｔ ８ ＩＩ ＴＴ 横 ８ ＩＩ ＴＴ 均与 钢梁 翼缘相同为 ２ ＩＩ 向加劲板 宽度 ｂ ４ 。柱高和梁 长 ｌ１Ｔ Ｔ 。横 １ ＝１０ｎ 取近似反 弯点位置 ， 柱子上下各取 高 １０ ０ｉＦ， ０ Ｉｌ梁长取 ｌ２跨 长 Ｔｆ ／ １ ０ Ｉｌ ０ｉＦ。节点实体如图 １ ５ Ｔｆ 所示。
加 劲板 的设置有效地 降低 了节点 区的应力集 中。 关键词 ： Ｔ 型加劲板 ，Ｆ Ｔ柱 ， 双 ＣＲ 钢梁 ， 非线性分析 ， ＮＳ Ｓ Ａ Ｙ
中 图分 类 号 ： Ｕ３ ５ Ｔ ７ 文献标识码 ： Ａ
３ ａ ＣＲ Ｆ Ｔ柱结构具有外形美 观、 节点形 式简单 、 载力高 、 震 大多数金属 。采用 的钢材屈服强度为 ２５ＭＰ 。 承 抗 性能好 、 耐火性能好等 特点 ， 已在 世界各 地得 到愈来愈 广泛 的应 ２． ２ 用 。梁柱节点性 能也随之成 为广 泛关 注的焦点 ， 同时也 引起 了众 连接件的 Ｃ Ｒ Ｆ Ｔ柱一钢梁节点进行 了空间非线性有限元 分析。
混 凝 土
１混凝土的材性 。文中所研 究 的方钢管 中的混凝 土材料特 ）
表 ２ 混凝土材料性能参数
多 的研究 者对其进 行理论 和试验研究 。文中对设 有双 Ｔ加劲 板 性见表 ２ 。
１ 双 Ｔ板连接板 方钢 管混 凝土柱 钢 梁节点 方案
文中方案为 Ｃ Ｒ Ｆ Ｔ柱一 钢梁的加劲 板节点。Ｃ Ｒ Ｆ Ｔ柱 的截面
２ 混凝土 的本构关 系及 强度准 则。方钢管 混凝 土柱一组 合 ） 梁节点 ， 钢管内部 的混凝 土在竖 向荷 载和钢管 的侧 向约束作 用下 处于 三 向 受 压 状 态 。文 中 Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ软 件 中 的破 坏 准 则 采 用 Ｗｉ ｍ— ｒｅ ｌ Ｗａｋ 五参数 准则 （ ｌ ａ 简称 ｗ— 准则 ） ｗ 。文献 ［］ １认为 ， 采用 ｗ— 五参数模型 ， ｗ 描述混凝土破坏准则 的效果是 比较理想 的。
第３ ４卷 第 ４期
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９ ・ ６
２ ００８年 ２月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨ Ｉ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ． ４ Ｎｏ ４ １３ ． Ｆｅ ｂ． ２ ０ Ｏ８
文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ８ ０ ０ ６０ １０ —８ ５ ２０ ）４０ ９ —３
３ 计算 结果及 分析
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文 中分析
限制其 发生水平 位移。此次分 析 的柱 下端采用 全约束 ， 上 ２ 钢材的本构关系及强度准则。对钢管 、 Ｔ型加劲板及钢 由度 ， ） 双 ５ ＂ 梁 同 梁 的强 化 准 则 均 采 用 经 典 的 多 线 性 随 动 强 化 本 构 模 型 （ ｌ ｓ ａ 端 约束 ３， 方 向 自由度 ， 采 用 两 种 方 式 加 载 ， 时 在 柱 顶 施 加 Ｃａ ｉ ｌ ｓｃ Ｎ Ｂｌ ｅｒ ｉｅ ｔ ａｄｎ ）使 用一 个多线 性来 表示 应 力应 变 曲 ５ｋ 的 面 荷 载 。 ｉ ａ ｎｍａｉ Ｈ ｒｉ ， ｉ Ｋ ｂ ｃ ｇ
１钢材的材性。文中的钢材选用 ｅ ３ 钢 ， ） ５ 弹性模量取 ２ ０ 力 、 ．６× 压力 ， 同时还可以模拟 钢的弹 塑性 性 质。混凝土 选用 Ｓｌ６ ｏｄ ５ ｉ １ ｒｍ ， ０ Ｎ／ ２泊松 比取 ０ ３ 屈服强度取 ２ ５Ｎ／ ｍ２ ａ ．， ３ ｒ 。钢材 的材性 单元建模 。 ａ
应 变 ／ｔ ｔｅ
图 １ 节 点 实 体
图 ２ 钢 管 内 混凝 土 应 力一 应 变 关 系 图
２ 定义材 料属 性和单 元类 型
２ １ 钢材 ．
２ ３ 材 料模 型 ．
划分单 元时 ， 管及 钢梁 采用 ８节点 的 Ｓｌ ４ 钢 ｏｉ ５单 元 ， ｄ 选用
Ｌｎ８单元来模 拟钢管 及 钢梁作 用 ， ｉｋ ｉ ｋ Ｌｎ ８单元 可 以承受单 向拉
尺 寸 取为 ４０ｍ Ｘ ０ ０ ｍ ０ｍｍＸ１ Ｉｌ 梁 取 ４ ０１Ｔ×４ ０１１ × ４ １ｆ钢 ４Ｔ ， Ｆ ０ ＩＩ ０ ＩＩ Ｔ １ ＴＴ
Ｉ 材料 Ｉ 使用区域 ｌ 抗压强度／・ｌ一ｌ Ｎｒ ｌ 弹性模量／ ・ｌ ２ ｌ ｆ ２ Ｔ Ｎｒ ｌ ｌ泊松比 ｌ ｌ ｆ一 Ｔ Ｉ４ 混凝土Ｉ Ｃ０ 方钢管内 ｌ 部 ２． ６８ ｌ ３ ５ １ ｌ ． ３ ］ ×０ ２ ４ １Ｄ Ｉ ０ ７
方钢 管混凝 土柱一 钢 梁 节点 有 限元 分析
葛明兰 常 伟 鲁 家晟
摘 要 ： 通过有限元软件 Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ对设有双 Ｔ加劲板连接件 的方钢管混凝土柱一 钢梁节点进行 了空 间非线性分析 ， 究 研 节 点区在单调荷载和低周反复荷载作用下的受力机理 ， 出方钢管混凝 土柱一 钢梁节点具 有优 良的延性及耗能能力， 指 且
混凝土本 构方程 的建立 要涉及 到屈服 准则 、 流动 法则 、 强化 准则 和破坏准则 。
使用区域
钢梁腹 板 钢 梁翼缘
屈服强度
Ｎ ｎ２ １
极限强度
Ｎ／ｎ Ｔ邢２
伸长率 ８ 强屈 比
％
２５ ３ ２３ ４
３０ ４ ３２ ５
２ ９ ２ ８
１４ ．５ ｌ４ ２
参数如屈服强度 ， 拉 强度 取 单 向拉 伸 时 的实验 值 ， 要 抗 主
有： 弹性 模量 、 泊松 比、 强化模量 等 ， 各参数详见表 １ 。
表 １ 钢材材料性能参数
材料
１ 厚钢板 ３ ２ 厚钢板 ｌ
在有限元分析中 ， 材料本构方程 的建 立是最本质 、 最关键 的， 它反映 了材料的特性 及所建 立的模 型是否 符合实 际问题 。钢 和
该模型 中混凝土 的本构关系曲线如图 ２ 所示 。
１ ３ｍｍＸ２ ＯＴ型加劲板的截 面尺寸为： 向加劲板高度 Ｈ ＝ １ ｍｍ 竖 １０１１， 向加劲板长度 Ｌ ＝１０１１。加劲板厚 度 ｔ ８ ＩＩ ＴＴ 横 ８ ＩＩ ＴＴ 均与 钢梁 翼缘相同为 ２ ＩＩ 向加劲板 宽度 ｂ ４ 。柱高和梁 长 ｌ１Ｔ Ｔ 。横 １ ＝１０ｎ 取近似反 弯点位置 ， 柱子上下各取 高 １０ ０ｉＦ， ０ Ｉｌ梁长取 ｌ２跨 长 Ｔｆ ／ １ ０ Ｉｌ ０ｉＦ。节点实体如图 １ ５ Ｔｆ 所示。
加 劲板 的设置有效地 降低 了节点 区的应力集 中。 关键词 ： Ｔ 型加劲板 ，Ｆ Ｔ柱 ， 双 ＣＲ 钢梁 ， 非线性分析 ， ＮＳ Ｓ Ａ Ｙ
中 图分 类 号 ： Ｕ３ ５ Ｔ ７ 文献标识码 ： Ａ
３ ａ ＣＲ Ｆ Ｔ柱结构具有外形美 观、 节点形 式简单 、 载力高 、 震 大多数金属 。采用 的钢材屈服强度为 ２５ＭＰ 。 承 抗 性能好 、 耐火性能好等 特点 ， 已在 世界各 地得 到愈来愈 广泛 的应 ２． ２ 用 。梁柱节点性 能也随之成 为广 泛关 注的焦点 ， 同时也 引起 了众 连接件的 Ｃ Ｒ Ｆ Ｔ柱一钢梁节点进行 了空间非线性有限元 分析。
混 凝 土
１混凝土的材性 。文中所研 究 的方钢管 中的混凝 土材料特 ）
表 ２ 混凝土材料性能参数
多 的研究 者对其进 行理论 和试验研究 。文中对设 有双 Ｔ加劲 板 性见表 ２ 。
１ 双 Ｔ板连接板 方钢 管混 凝土柱 钢 梁节点 方案
文中方案为 Ｃ Ｒ Ｆ Ｔ柱一 钢梁的加劲 板节点。Ｃ Ｒ Ｆ Ｔ柱 的截面
２ 混凝土 的本构关 系及 强度准 则。方钢管 混凝 土柱一组 合 ） 梁节点 ， 钢管内部 的混凝 土在竖 向荷 载和钢管 的侧 向约束作 用下 处于 三 向 受 压 状 态 。文 中 Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ软 件 中 的破 坏 准 则 采 用 Ｗｉ ｍ— ｒｅ ｌ Ｗａｋ 五参数 准则 （ ｌ ａ 简称 ｗ— 准则 ） ｗ 。文献 ［］ １认为 ， 采用 ｗ— 五参数模型 ， ｗ 描述混凝土破坏准则 的效果是 比较理想 的。
