半刚接节点有限元分析及模型化

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钢管混凝土柱-钢梁半刚性节点的有限元分析

完海鹰，陈金林（肥业学木程院，徽合２０）合工大土工学安肥３００９
摘要：选择合适的材料本构关系和破坏准则，用有限元软件ＡＳＳ采ＮＹ建立了钢管混凝土双腹板顶底角钢节点的空间有限元模型，了其在分析
低周反复荷载下的受力性能。结果表明：有限元分析结果和计算结果较为吻合，节点表现出较好的延性和耗能能力。
角钢半刚性节点及具体截面尺寸如图
１。
匡
结构的整体性能的影响微不足遭。本文采用 “ （ｌｅ粘”Ｇｕ）命令将管内混凝土与管壁粘接在一起，对于钢管内的混凝土和钢管壁受荷下的粘结关系仍然采用完全粘结的假定。
１３模型的建立和求解．
１１材的本构关系．钢
安
徽
建
筑
２１０１年第２期（１７期总７
钢混凝土柱一钢梁半刚性节点的有元分查匠
ＦｉｔＥｌｅｎＡｎｙｓｏｆｎｉｅｅｍｔｏｌｓｉＧＦＳＳＴＣｏｌｕｍｎａｎＳｔｅｌｓｄｅＢｅａｍｓＳｅｍｉｉｄ－ＲｇｉＣｏｎｎｔｏｎｅｃｉｓ
收稿日期：０卜０ — ４２１３１
有限元模型的边界条件和加载方式尽量和实验相一致。双腹板顶底角钢节点的有限元模型见图２求解时，。首先在柱顶施加轴压荷载，然后在梁端施加单调荷载或循环荷载。求解时采用力、位移双收敛准则，应用全Ｎｗｏ —ＲｐＳｌ法平衡迭代法进ｅｔｎ．ｈｏｄｌ
钢梁和钢管采用块体Ｓｉ５单元模拟，ｏｄｌ４混凝土采用ｓｌ６ｏｉ５单元，ｄ连接螺栓采用

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

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］。

浅谈半刚性路面的三维有限元分析

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

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

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。

梁-柱节点半刚性力学性能的有限元分析与验证

【ｂｔａｔＢａｃｌｍｎｃｎｅｔｎｒｉｐｒｎｐｒｅｉｎｎｐｌｔａｋ，ｉｇｏｎｃＡｓｃ】ｅｍ－ｏｒｕｏｎｃｉｓａｅｍｏｔｔａｔｉｄｓｉｇａｌｃｓａｈｎｅｔｃｎｅｔｏａｓｎｇｅｒｏ
ｏｅｍ－ｏｃｌｍｎｃｎｅｔｎｆｂａｔ－ｏｕＯｎｃｉｓＯＷＵＹｅｍｎ，ＶＺｉｊｎＹＮｉ－ｕ，ＡＧＧａｇｈｉｕ－ｉｇＬｈ－ｕ，ＡＧＪａｇｏＹＮｕｎ－ｕｎ
（ｏｅｅｆｃａｉａＥｇｎｅｎ，ｏｇｕｎｖｒｉ，ｈｎｈｉ０６０ＣｉａＣｌｇｈｎｃｌｎｉｅｒｇＤｎｈａＵｉｅｓｙＳａｇａ２１２，ｈｎ）ｌｏＭｅｉｔ
灵活，使用范围广等特点，组装式货架应用最为普遍。托盘式货架是组装式货架的一种，其结构主要由立柱、横梁等主要承载构件
第５期
２１０２年５月
文章编号：０１３９（０２０ — ０７０１０ — ９７２１）５０２ — ３
机械设计与制造
ＭａｈｎｅｙＤｅｉｎｃｉｒｓｇ＆Ｍａｆｃｕｅｎｕａｔｒ２７
梁一节点半刚性力学性能的有限元分析与验证术柱
ＫｅｒｓＢｅｍｏｃｌｍｎｃｎｅｔｏＦｙｗｏｄ：ａｔｏｕｏｎｃｉｎ；ＥＡ；ｅｉｒｇｄｓｒｃｕｅＡＮＳＳｍ－ｉｉｔｕｔｒ；ＹＳ；ｃＲａｋ

钢梁柱外伸端板半刚性连接的有限元分析

用较广泛。
图１连接整体模型及加载示意图
３．２材料本构关系
钢材采用带屈服平台及强化段的弹塑性模型．弹性模量
取２０００００ＭＰａ。高强螺栓采用简化的带强化段弹塑性模型．其弹性模量亦取２０００００ＭＰａ．屈服强度和极限强度分别取９００ＭＰａ和１０００ＭＰａ，强化模量取０．１倍的初始弹性模量。
和位移；然后在距离端板１．５ｍ处施加一致单调位移．分八十
△＝（１＋）（３）
将式（３）代入式（２）可得到连接初始刚度公式（４）：
Ｒｋ＝＿１
ｅ‘
．
（４）
１＋１２．４￣。一
式中：ＥＩｐ为端板抗弯刚度，ｔＤ为端板厚度，ｅ为梁翼缘上下螺栓的中心间距。
图２端板连接的有限元横型
加载时先施加高强螺栓预拉力．并锁定预拉力产生的力
３有限元模型的建立
３．１模型参数设计
连接钢柱规格采用Ｈ４００ｘ４００ｘ１２ｘ２０．连接铜梁规格采用
Ｈ３００ｘ２００ｘｔＯｘｌ２，连接端板规格采用２００ｘ５００ｘ（１２、１４、１６、
针对这类连接半刚性的研究还明显不足。本文利用大型通用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ对五个不同端板厚度的钢梁柱外伸端板连接节点进行了有限元分析，得到了钢梁柱外伸端板连接的弯矩一转角曲线，并验证了外伸端板连接初始刚度公式的准确性。

钢框架梁柱半刚性连接性能研究（土木结构工程专业优秀论文）

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。

方钢管混凝土柱与钢梁半刚性连接三维有限元分析

６３
维普资讯
管与端板、垫板之间的摩擦系数为０３［．３。取模型的一半进
衡此拉力，需要借助于螺帽承压来抵抗剩余的轴力，因此在柱的另一侧（无梁侧）帽附近的管内混凝土ＶｎＭｓ应力螺ｏｉｓｅ比较大（３ｂ）荷载继续增加，图（）；螺帽承受的压力愈大，且螺帽的面积较小，帽附近的管内混凝土很容易产生局部压螺
选用Ｃｎ４混凝土与钢管之间的摩擦系数取０２［。钢ｏｔ１，ａ７．５ｌ４
＊国家自然科学基金资助项目（ｏ５３８５）Ｎ：７８００
收稿日期：０６７０２０－－５０
作者简介：邵广森，，男广东电自县人，主要从事工业与民用建筑及水利工程设计工作。
不被过早压碎，在钢管的另一侧设置螺栓垫板，度为２厚【）
ｍｍＯ
结果，因此钢管与钢梁采用六面体八节点实体单元Ｓｌ，ｏｉ４ｄ５
每个节点具有３个自由度。螺栓帽近似按圆形考虑，采用Ｓｌ５单元，ｏｄ４ｉ螺栓为楔形体（Ｓｌ５化而成）由ｏｉ４退ｄ。考虑钢
碎，因此需在螺帽与钢管之间加设垫板，增加管内混凝土的受力面积。中间位置穿芯螺栓受到的拉力较上部螺栓的拉力小，其螺栓孔附近的混凝土应力也比较小（３ｃ）图（）。底部
行非线性分析，网格划分情况见图２。整个模型具有１９１１２
１有限元模型介绍
图ｌ模型试件尺寸有限元计算模型中，混凝土采用能够反映混凝土特性的

外伸端板型半刚性钢节点的有限元分析

ＷＡＮＧＱｉｎ —ｅ，ＺｏｇｆｎＨＯＵＤｏｇｈａｎ — ｕ，Ｆｉｎ，ＥｌｈｏｑａＡＮＪａｇＷａ — ｕｎＣ
（１ａｕｔｏｒｎｐｒｔｎＭａｈｅｙａｄＣｖｎｉｅｒｇＳｕｈｅｔｏｅｔｏｅｅＫｎｉｇ６０２，ｈａ．ＦｃｌＴａｓｏａｏｃｉｒｎｉｌｇｅｉ，ｏｔｗｓＦｒｓＣｒｇ，ｕｍｎ５２４Ｃｉ；ｙｆｔｉｎｉＥｎｎｙｒｔｎ
２ＦｕｔｆＡｒｈｔｃｕａｇｎｅｉｇ，ＫｕｍｉｇＵｎｖｒｉｆＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇａｌｙｏｃｉｔｒｌｃｅＥｎｉｅｒｎｎｎｉｅｓｔｏｃｅｃｎｅｈｏｏｙ，Ｋｕｍｉｇ６０９ｙｎｎ５０３，Ｃｉａｈｎ；
Ｖ１１Ｎ．ｏ３ｏ６．Ｄｃ０６ｅ．２０
外伸端板型半刚性钢节点的有限元分析
王琼芬周东华，江魏朝全，樊，
（．１西南林学院交通机械与土木工程学院，云南昆明６０２２昆明理工大学建筑工程学院，５２４；．云南昆明６０９；．５０３３云南省第三建筑工程公司，云南昆明６０３）５０４
３Ｙｎａｏ３Ｃｎｔｃｉｎｎｅｎｏｐｎ，ｕｍｉ５０４Ｃｉａ）．ｕｎｎＮ．ｏｓｕｔｎＥｇｅｒｇＣｍａｙＫｎｎ６０３，ｈｎｒｏｉｉｇ
ＡｓａｔＣｌｌｔｎｆｅｉｒｉｔｌｏｔｗｔｔｅｅｔｄｄｅｄ—ｐｔａｅｃｒｅｕｉＥ — ｒ— ｂｔｃ：ａｃａｏｓｍ — ｉｄｓｅｊｎｓｉｘｎｅｎｒｕｉｏｓｇｅｉｈｈｅｌｅｒａｒｄｏｔｔａＦｐｏａｉｗｈ

半刚性连接刚框架力学模型分析

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。

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。

浅谈钢结构半刚性节点

k = 1
式中， M0 为曲线拟合的连接弯矩初始值； Rk 风为曲线线性部分的定值参数； θ+C（） +C（） 1 KM 2 KM 4 KM
式中， K 为取决于连接类型及几何尺寸的标准化参数； C1、 C2 和 C3，为曲线拟合常数。这个模型能很好地代表M- θr 特性。但由于多项式自身的性质，在某一范围内它会达到并通过峰值点，用 M- θr 曲线斜率来代表的连接刚度，就可能为负值，与实际不符。 3. 样条模型：是将 M- θr 实验数据分成许多小组，每一组跨越 M 的一个小范围。然后用三次 B 样曲线拟和每组数据，同时保证交点处各组数据的一阶和二阶导数是连续的。这种模型能有效地回避负刚度问题，并能极好地表示非线性的 M- θr 特性，但需大量数据。 4.幂函数模型： Kishi 和 Chen(1990) 提出一个幂函数模型，其形式为： θr = M Rki 1- (M/Mu )
及发展现状，并就其发展中存在的主要 —连接节点进行了分析，阐述了问题—— 研究半刚性连接的方法，为其进一步的研究提供了理论基础。关键词：钢结构半刚性节点节点刚度研究方法
条更平坦的线来代替弯矩—转角线的初斜率。折线模型是用一组直线段来逼这些线性模型近非线性的 M- θr 曲线。使用方便，但由于不够精确且转折点处刚度突变，故难于应用。 2.多项式模型：是 M- θr 关系用一个奇次方的多项式来表达。其形式为：
FAZHAN · XUESHUZONGHENG
学术纵横
浅谈钢结构半刚性节点
□ 张来彩摘要：阐述了钢结构的优越性对应于某种连接构造的 M- θr 关系的简单表达式。常用 M- θr 的模型有以下几种。 1.线性模型：简单的线性模型有三种。单刚度线性模型是采用初始连接刚度来代表全部加载范围的连接特性，当弯矩超过连接使用极限后，这种模型失双线性模型在某一转折弯矩处用一效。一、钢结构发展现状钢结构是今后高层建筑中具有广泛发展前景的结构类型，随着城市人口的日益密集，高速电梯的完善，城市竖向交通效率的大大提高，世界许多大城市的建筑正向高空发展。钢结构具有重量轻、强度高、延性大、抗震性能好、施构件截面小、结构净空和跨工速度快、度大、综合经济指标好等优点，更适合于地震区和软土地基上的高层建筑。二、节点刚度的分类传统钢结构理论把梁柱连接分为刚接和铰接两种。刚接是指梁柱之间的斜率是完全连续的，同时重力弯矩的全两柱之间的部 (或大部分 )从梁传到柱，夹角不变；铰接是指梁与柱之间不传递弯矩。而实际的钢框架连接在梁柱之间总有不同程度的相对转动，即梁柱之间实验证明实际的连接刚度总是有限的。的梁柱节点总是介于刚接和铰接之间。梁柱节点是连接梁与柱，传递包括轴力、剪力、弯矩、扭矩在内的一组广义力，目前的研究主要集中于弯矩的传通常用弯矩和连接的转角变形关系递。即 M- θr 来表示。三、研究半刚性连接的方法（一）通过实验建立数据库为了实际应用时方便，一些学者通过大量的实验做了一些数据库，实际应用时需把这些数据与推荐的用于钢框架分析的各种选用计算模型进行比较。有一些比较成熟的数据库，如： Goverdhan 数据库； Nethercot 数据库； Kishi 和 Chen 数据库。国内近年对半刚性节点的实验研究也比较多。（二）曲线拟合法对于连接的模拟，现在常用的方法是通过大量实验得出的数据拟合出

框架结构中半刚性节点的有限元建模及分析

弯矩约为实际刚性连接端弯矩的５％～２。０以前设
ｍｅｔ组合而成，包含工程系统本身所具有的边ｎ）还
界条件（束条件、力荷载等）它可以转化成一个约外，
数学模式，并据此得到该有限元系统的解答，然后再通过节点单元表现出来。具体步骤如下：（）构离散化：１结即将要分析的结构分割成有限个单元体，离散后单元与单元之间利用节点相互连
第３９卷第４期２Ｊ年８月０１
现代冶金
ＭｏｅｎＭｅａｌｒｄｒｔｌｕｇｙ
Ｖｏ１３９Ｎｏ．４．Ａｕｇ．２０１１
框架结构中半刚性节点的有限元建模及分析
王淳
（京钢铁联合有限公司，苏南京南江２０３）１０５
单元节点应力和应变之间的方程而导出单元刚从
度矩阵。等效节点力：物体离散化后，假定力是通过节点从一个单元传递到另一个单元。但是，于实际的连对
多，全部对这些节点进行实验的话，耗费极大的财将
坏，此时结构仍处于弹性阶段，使得工程师们开而这始将目光投向了半刚性节点。经过实验，发现半刚性连接的突出优点在于其在地震作用下具有稳定的滞
回性能和良好的耗能性能。由于半刚性节点种类众
点数目、位置，出单元节点力和节点位移之间的关找系式。应用弹性力学中的几何方程和物理方程建立

半刚性连接钢支撑框架模态分析

半刚性连接钢支撑框架模态分析关键词: 模态分析；有限元法；钢支撑框架;半刚性钢支撑框架体系是由纯框架体系变化而来,即以纯框架为基本结构,在房屋的纵向、横向或者其他主轴方向,根据侧力的大小,布置一定数量的垂直支撑桁架,框架和垂直支撑形成支撑框架,它属于双重抗侧力结构体系,支撑桁架是第一道防线,框架是第二道防线,由于支撑斜杆一般不承担竖向荷载,所以支撑产生屈曲或破坏不会影响结构承担竖向荷载的能力,不致危及结构的基本安全要求。

然而实际结构总是受到各种动荷载的作用产生振动现象,振动会造成结构因共振或结构疲劳而破坏。

随着钢支撑框架体系大规模的运用,其内部动应力的分析也越来越复杂。

因此 , 钢支撑框架结构的固有振动频率及振型计算分析是其整体设计必须解决的问题,进而避免外力频率和结构的固有频率相同或接近,防止共振现象的发生。

随着有限元理论及计算机技术的发展和广泛应用, ansys 软件能够对钢支撑框架进行有限元建模, 更加全面的分析和评价钢支撑框架的动力性能,对其设计、施工、质量评定具有十分重要的意义。

本文主要运用ansys对二层钢支撑框架结构进行分析，介绍其主要建模过程和动力分析结果[1-3]。

一、模态分析基本原理1.模态分析定义模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。

同时，也可以作为其他动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析。

其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谱响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。

模态分析在动力学分析过程中是必不可少的一个步骤。

在谐响应分析、瞬态动力学分析的分析过程中均要求先进行模态分析才能进行其他步骤[4]。

模态分析主要分析结构自身的固有振动频率，尽量防止出现结构承受的载荷与其固有频率相同的状况。

一旦外载荷与结构固有频率相同，必然发生共振，造成结构屈服。

典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题：其中，——刚度矩阵；——第j阶棋态的振型向量(特征向量)；——第j阶模态的固有频率(4是特征值)[m]——质量矩阵。

带肋的顶底角钢及双腹板角钢梁柱半刚性节点有限元模拟分析

王光云刘雪燕全先灏彭婷婷
（１：青岛理工大学土木工程学院，临沂２７３４００；２：吉林建筑大学土木工程学院，长春１３０１１８）
摘要：本文对传统的半刚性梁柱连接中，带加劲肋顶底角钢进行尺寸设计，且对该节点连接进行了滞回曲线性能的研究．采用ＡＮＳＹＳ有限元进行建模分析，在设计加载条件时要与试验条件相符，为后续的有限元及试验结果做对比分析．该节点连接的构件得出受力特点、破坏形式、极限承载力以及延伸的抗震性能的好坏．最后，在有限元模拟
２：ＳｃｈｏｏｌｆｏＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｌｉｎＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３０１１８，Ｃｈｉｎａ）
分析中，通过改变连接件厚度，看连接件的竖肢、水平肢、肋板分别对该节点性能的影响．关键词：钢框架；节点；连接件；滞回性能中图分类号：ＴＵ３９１文献标志码：Ａ文章编号：２０９５— ８９１９（２０１７）Ｏ１ — ００１３— ０４
ｃｏｎｖｉｎｃｉｎｇｌｙｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｉｎｆｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｃａｎｒｅｓｐｏｎｄａｃｔｕａｌｔｅｓｔｉｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ’ Ｓｆｏｒｃｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，

半刚性端板连接节点有限元模拟分析

．有限元分析采用了与试验研究相同的构件尺寸，水平放１２单元选取及边界条件柱对于试件的各零部件，采用三维十节点四面体单元Ｓ１均ｏ．
ｄ２分两端水平顶紧，防止滑动。为防止梁发生整体失稳，在悬臂梁端ｉ９。端板和柱翼缘之间的接触通过创建三维接触对来模拟，ｏｔ１４和三维目标单元加载点用铁套将其与千斤顶连接。试验均采用千斤顶静力加载，别用三维八节点面一面接触单元Ｃｎａ７
直至试件破坏。梁柱均为焊接Ｈ型钢，截面尺寸为３０ＩｌＴｒｅ７梁０ｌＴｎ× ａｇｌ０模拟。高强度螺栓通过三维预紧单元Ｐｒ１９来施加ｅｓ７ｔ预拉力。２０Ｉｌｌ０ｌＴｎ×８Ｉｌ２Ｉｌ，截面尺寸均为３０ＩｌＴｎ×１ｌ柱Ｔｎ０ｌＴｎ×２０Ｉｎ× ５ｌＴｌ８Ｉｌ２Ｉｌ，ｌＴｎ×１ｌ柱翼缘在端板外伸边缘上下各１０Ｉｌ范围内局Ｔｎ０ｌＴｎ试件的分析计算过程分为两个荷载步：一步，第施加螺栓预第二步，加位移荷载。第一步采用小变形静力分析，施部加厚，厚度与端板厚度相同。螺栓为Ｍ２０９０１．级摩擦型高强度拉力荷载；即考虑二阶效应。两个荷载步中均螺栓，除高强度螺栓外，其余构件和零部件的材料均为Ｑ４Ｂ钢，第二步采用大变形静力分析，３５端板加劲肋为三角形，两条直角边长均为１０Ｈ厚度为１ｍ。使用自动时问步长。０ｍ，０Ｈ梁与端板、柱翼缘局部加厚部分与翼缘之问采用全熔透对接焊２模拟结果验证缝，其他焊缝均为８Ｉｌ角焊缝。试件的设计加工制作均符合相ｌＴｎ２．模拟数据与试验的对比１关规范和规程的要求＿。１，１试件承载力对比。）

半钢性连接钢框架性能的有限元分析

ｆａｔｅ — ｉｉｎｉｉｏｎｃｉｎｉｌｏｐｒｏｍｅｎｔｉａｅ．Ａｔｌｓ，ｃｍｐｒｏｓｂｔｅｈｎｌｓｓｒｍｅｗｉｓｍｉｒｄａｄｒｄｃｎｅｔｓａｓｅｆｒｄｉｈｓｐｐｒｈｇｇｏａｔｏａｉｎｅｗｅｎｔｅａａｙｉｓ
维普资讯
第２７卷第１期２００８年２月
ＶＯ．７Ｎ１１２Ｏ．
ＪｕｎｌｆＳｈｎｏｇＵｎｖｒｉｆＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇｏｒａａｄｎｉｅｓｔｏｃｅｃｎｅｈｏｏｙｏｙ
关键词：钢框架；刚性连接；半刚性连接；有限元分析
中图分类号：Ｕ３１Ｔ９文献标志码：Ａ文章编号：６２３６（０８０ —０９０１７ — ７７２０）１０３ — ５
ＦｉｔｅｅｔＡｎｌｓｓｆｒＢｅｖｏｆＳｍｉｒｇｄ－ｏｅｔｄＳｅｌＦｒｍｅｎｉｅＥｌｍｎａｙｉｏｈａｉｒｏｅ－ｉｉ－ｎｎｃｅｔｅａ－ｃｓ
ｒｓｔｎｈｅｔｓｉｇｒｓｔｒａｒｅｔ，ｔｅｖｏｒａｈｆｅｔｆｔｗｏｗｅｎｄｔｐｓａｇｌｓｃｅｕｌｓａｄｔｅｔｎｅｕｌｓａｅｃｒｉｄｏｕｈｅｂｈａｉｎｄｔｅｅｆｃｓｏｈｅｔｂａｏ — ｅｔａｎｅｏｎ— ｎｃｉｓｏｔｅｒｍｅａｅａｌｚｄ．ｅｔｏｎｎｓｅｌｆａｒｎａｙｅＫｅｙｗｏｒｓ：ｓｅｌｆａｅｓｍｉｒｇｉｏｄｔｅｒｍｅ — ｉｄｃｎｎｅｔｏｎ；ｒｇｄｃｎｎｅｔｏｃｉｉｉｏｃｉｎ；ｆｎｉｅｅｅｅｎｙｓｓｉｔｌｍｎｔａａｌｉ

新型装配式混凝土半刚性节点性能研究

新型装配式混凝土半刚性节点性能研究随着城市建设迅猛发展和人们对建筑品质要求的提高，混凝土结构在建筑中的应用越来越广泛。

特别是在高层建筑和大跨度结构中，钢筋混凝土构件的节点性能表现越来越重要。

为了提高混凝土构件的节点性能，近年来设计和研究国内外积极推进了新型装配式混凝土节点的研究。

本文对新型装配式混凝土半刚性节点进行了性能研究。

采用ANSYS有限元软件建立了节点模型，并进行了分析计算。

研究结果表明，新型半刚性节点的受力性能和变形性能较好，能够满足现代化高层建筑和大跨度结构的要求。

此外，本文提出了优化节点构造加强节点抗震性能等措施，可以为混凝土结构设计和实际工程应用提供参考。

新型装配式混凝土半刚性节点的设计原则是提高节点的整体刚度和强度，改善节点的受力分布，降低节点位移和变形，增强节点的抗震性能。

采用多种材料，如钢筋、预应力钢筋、钢板等，通过优化节点截面形状和连接方式构造节点。

此外，采用砂浆、胶泥等材料将节点组装在一起，形成整体。

新型半刚性节点与传统节点相比，具有模块化、装配化、工业化等特点。

可以在工厂里进行生产，同时也方便现场施工和拆卸。

在建立节点有限元模型时，应考虑实际工程中的载荷和边界条件。

本文根据半刚性节点的特点，采用强度有限元和变形有限元相结合的方法对节点进行了分析。

通过节点模型的分析，研究了节点受力性能、变形性能和节点位移等参数。

结果表明，新型装配式混凝土半刚性节点具有受力均衡、变形合理和位移可控等优点。

通过分析结果发现，钢筋和预应力钢筋是影响节点受力性能的重要因素。

钢筋的分布和直径大小直接影响节点整体刚度和强度。

预应力钢筋的应力状态影响结构的整体稳定性和抗震性能。

因此，在设计节点时需要兼顾各项因素，以达到最优的节点受力性能。

本文提出了优化半刚性节点构造加强节点抗震性能等措施。

通过加强节点连接方式和采用预应力钢筋等方法，可以进一步提高节点的整体性能。

同时，引入新型材料和新技术，如碳纤维、复合材料、三维打印等，可以进一步提高节点的整体性能和生产效率。