钢结构异型节点受力性能及非线性有限元分析

２１ ０ ０年 １ Ｏ月
钢结 构 异 型节 点 受 力 性 能 及 非 线 性 有 限元 分析
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薛建 阳１ ， 祖 强 ， ，刘 ２ 彭修 宁。 胡 宗 波 ，
３广 西大 学 土 木建 筑 工 程 学 院 ， 西 南 宁 ５ ０ ０ ） ． 广 ３０ ４
（ ． 安 建 筑 科 技 大 学 土 木 工 程 学 院 ， 西 西 安 ７０ ５ Ｉ． 部 建 筑 科 技 国 家 重 点 实 验 室 （ ） 陕 西 西安 ７ ０ ５ ； １西 陕 １０５２西 筹 ， １ ０ ５
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图 １ 试 件 示意 图
Ｆｉ ．１ Ｓｋ ｔ ｈ ｏ ｈ ｐ ｃ ｍｅ ｇ ｅ ｃ ｆｔ ｅ ｓ ｅ ｉ ｎ
施 加低周水平反 复荷载． 载分两 阶段 ， 加 弹性 阶段 采用 作动 器 输 出的力控制加 载 ； 塑性 阶段采 用柱端水 平位移控制加 载．
１ ２ 有 限元模 型 ．
采 用 ＡＢ ＡＱＵＳ通 用有 限元 软件 程序 建 立计 算 模 型 ， 件尺 寸 按 照 图 １确 定． 件 的材 料 为 Ｑ２ ５ 试 试 ３
收 稿 日期 ：０ ９０ —４ ２ ０—５２
修 改稿 日期 ：０ ００—８ ２ １ —６０
基 金 项 目： 国博 士后 科 学 基 金 （ 助 号 ：０ ８ ４ ０ １ ） 中 资 ２ ０ ０ ４ ８ ４ 作者简介： 薛建 阳 （９ ０） 男 ， 南 洛 阳 人 ， １７ 一 ， 河 工学 博 士 ， 授 ， 要 从 事 结 构 工 程 及 工 程 结 构 抗 震 方 面 的研 究 ． 教 主
×１ ） 另 一侧 采用箱 形截 面 （ ５ ×２ ０ ０ ０ ． 字梁 与 ０， ４ ０ ０ ×１ ×１ ） 工
柱 的连接 为栓 焊混 合连 接 ， 的腹 板 采用 ４个 １ ． 梁 ０ ９级 Ｍ２ ０ 高强 度螺 栓通 过剪切 板 与柱翼 缘相 连 ； 箱形梁 与 柱 的连接 为 全焊 连接 ． 了研究 节 点核 心 区 的抗 剪 承 载 力 ， 件 设计 成 为 试 了“ 构件 弱节 点” 强 的型式 ， 的腹板 厚度 在节 点核 心 区以外 柱 为 １ ２ｍｍ， 在节 点核 心 区为 ６ｍｍ． 件 的示意 图见 图 １ 试 ．
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西
安
建
筑
科
技
大
学
学
报（ 自然 科 学 版 ）
第４ ２卷
钢， 根据 材性试 验 ， 节点核 心 区腹 板 的屈服 强度 为 ３ ０ ５ＭＰ ， １ ． ａ 抗剪 强 度为 １ ９ ３ＭＰ ， ７ ． ａ 弹性模 量 为２ Ｏ ．２
关 键 词 ： 结 构 ； 型 节 点 ； 线 性 ； 限 元 ； 心 区 钢 异 非 有 核 中图 分 类 号 ： ＴＵ３ １ ９ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６７ ３ （ ０ ０ ０—６ ９０ １０ －９０ ２ １ ）５００ —５
节点 是框 架受力 的重 要部 位 ， 也是结 构 连接 和传力 的枢 纽． 型节 点 指节 点 两 侧 的梁 截 面不 同 ， 异 节 点 上下 的柱截 面不 同 ， 两者可 能在 节 点处 同时变 化 ， 可 能 只有 一个 因素 变化 ［ ． 这 也 １ 目前 ， 内外 学 者针 ］ 国
对钢 结构 常规 节点 的研究 较 多［ ］而 针对 异型 节点 的研究 还 甚少 ， ２， 但是 在实 际工 程 中 ， 尤其 是大 型工 业 建筑 中， 类 异 型 节 点 已 逐 渐 被 采 用．因 此 对 钢 结 构 异 型 节 点 的 研 究 是 十 分 必 要 和 迫 切 的． 用 这 采
１ １ 试 验 概 况 ．
节点计 算 模 型取 自一 钢 结 构 异 型 节 点 试 验 中 的 试 件
Ｊ ２ －． 试件采 用 十字 形 节 点 ， 中柱 采用 箱形 截 面 （ ５ Ｄ ７２ 该 其 ２０ ×２ ０ ２ ２ ， 的一 侧采 用 工 字 形截 面 （ ７ ×１ ０ ０ ５ ×１ ×１ ） 梁 ２ ０ ５ ×１
摘
要： 利用 ＡＢ ＡＱＵＳ对钢结构异型节点进行非 线性有 限元分 析 ， 得 了节 点核心 区 的应 力分布 和剪切变 求
形， 并对上核心区和下核心区不同 的受力 状态进 行 了分 析与 比较． 与试验结 果 的对 比表 明， 计算 结果是 可靠
的． 分 析 可 知 ， 性 阶段 上 核 心 区 的 应 力 比 下 核 心 区 的 应 力 大 得 多 ； 性 阶 段 核 心 区 的 剪 应 力 成 为 影 响 其 由 弹 塑 Ｍｉ ｓ 效 应 力 的 主要 因 素 ； 核 心 区 和 下 核 心 区 的剪 切 角 都 可 以超 过 ０ ０ ， 具 有 较 强 的耗 能 能 力 ； 核 心 ｓ 等 ｅ 上 ．３均 上 区和 下 核 心 区不 是 作 为 一 个 整 体 工 作 ． 后 提 出 了设 计 异 型 节 点 的一 些 建 议 ． 最
第４ ２卷
第 ５期
西 建 科 技 学 学 安 筑 大 报（然 学 ） 自 科 版
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试验是在西安 建筑科技大学 结构工 程与抗 震教 育部重 点
实验室进行 的． 首先在柱顶施 加恒定 的竖 向荷 载 ， 然后 在柱 端
ＡＢ ＡＱＵＳ软 件 ， 钢结 构异 型节 点进 行 了 非线 性 有 限元 分 析 ， 得 了 核 心 区 的应 力 分 布 和剪 切 变 形 ， 对 求 并对 上核 心区 和下核 心 区的不 同进行 了分析 比较 ． 计算 结果 和试 验结 果吻 合较好 ．
１ 有 限元 计 算模 型