T型钢连接钢框架节点半刚性性能分析
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文章采用有 限元分 析软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ对 Ｔ型钢连接 形式 的钢框
５ ５
架节点进行研究 ， 得 出一些 性能 特征 ， 对钢 框架 结构 节点设 计 提 出了建议 。
ｌ
善
一
１ 有 限元模 型 的建 立
１ ． １ 试件 设计
试件采用 的模型尺寸为实 际钢 框架结构 工程 中的常规 尺寸 ， 按１ ： １比例进行建模 ， 为减 少计算 机运 算难度 ， 利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件 中的对称 约束 功能 ， 建半模进 行分析 。 梁柱均采用 Ｈ Ｋ ３ ￣ｂ型钢 ， 梁柱截面尺寸均为 ３ ０ ０ｉ ｎ ｉ ｎ× ３ ０ ０ ｍｍ×
ｌ ０ ４ Ｏ
１ １ ７ ０
１ ． ２ 选 定单 元类 型
在文 章所 建立的模型 中 ， 梁、 柱、 Ｔ型 钢和螺 栓均 采用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ４ ５ 单元来模 拟 ， Ｔ型钢 与梁 、 柱翼缘 以及螺杆侧壁与螺栓孔之 间的接 触采用 目标单 元 Ｔ ａ ｒ ｇ ｅ １ ７ ０和 接触单元 Ｃ ｏ ｎ ｔ ａ １ ７ ４来进行 模拟 ， 高强 螺栓通过命令 Ｐ Ｓ ＭＥ Ｓ Ｈ 生成 的三维 预 紧单元 Ｐ ｒ ｅ ｔ ｓ １ ７ ９来 施加 预
第３ ９卷 第 ２ ３期 ２ ０ １ ３年 ８ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ ＨＩ Ｔ Ｅ Ｃ Ｔ ＵＲＥ
Ｖｏ ｌ ＿ ３９ Ｎｏ． ２３
Ａｕ ｇ ． ２ ０１ ３
・３１・
文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ２ ３ — ０ ０ ３ １ — ０ ２
中图分 类号 ： Ｔ Ｕ ３ ７ ５ ． ４ 文献标识码 ： Ａ
Ｏ 引言
我 国现行钢框架结构设计 中主要存 在两大 问题 ， 其 一是 对节
１ ． ３ 划 分 网格
文 章中梁 、 柱、 Ｔ型钢和螺栓均采用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ４ ５单元 ， 所 以选 择 四
在应力集 中的 Ｔ型钢转角和螺栓处将网格细化 。 点性质把握不够 准确 ： 在现 行钢 结构 的分析 和设 计 中， 为 简化 计 面体 网格 ，
Ｔ型 钢 连 接 钢 框 架 节 点 半 刚 性 性 能 分 析 ★
杨桂权
摘
阎慧群
黎
陟
６ １ ０ ２ ０ ７）
（ 四川大学建筑 与环境学院 ， 四川 成都
要： 利 用有限元分 析软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ对节点进行建模 ， 分析结构在承 受竖 向荷载下 的刚度 、 变形 、 承载 力、 破 坏形式 等特征 ， 总结 了对 Ｔ型钢连接构造 的一些建议 ， 并通过模拟分析及 试验 对比 ， 得 出了一些 有益 的试 验结论。 关键词 ： 钢框架 ， Ｔ型钢 ， 半刚性 节点 ， 有 限元分析
问题 ： 在此之前 ， 施 刚 等 国 内外学者 对端 板连 接形式 的钢 框架 端截面允许竖 向位移 。 荷载分两部分进行施加 ： 第一部分为 高强摩擦 型螺栓 的预拉
根 据《 钢结构高强度 螺栓连接 技术 规程》 Ｊ ， 螺栓 预应 力选用 量控 制 、 施工难易程度 和工程 造价方 面都存在一 定 的弊端 ］ 。与 力 ， ５ ５ ｋ Ｎ； 第二部分在距梁 柱节 点 ５ ０ ０ ｍ ｉ ｎ 处施加 ６ ０ ０ ｋ Ｎ静载 ， 试件 端板连接 相 比， Ｔ型钢连接具 有安装 简单 、 造价经 济、 刚度及 承载 １ 。 力较大 、 延 性较好等特点 ， 而且 Ｔ型钢 连接无需 现场焊接 ， 所有 模 型受力简 图见 图 ２ 构件 由工程加工 预制再 进行 现场安装 ， 在工 程质量上更 易得 到保 证， 施工效 率也更高 。
１ ９ ｍ ｍ， 螺栓采用 １ ０ ． ９级 Ｍ２ ０摩擦 型 高强度螺 栓 ， 除高强 度螺栓 以外 ， 其余构件及零 部件 均采 用 Ｑ ２ ３ ５钢。材料 假定 为双线 性 弹 塑性材料 ， 服从 Ｖ ｏ ｎ Ｍ ｉ ｓ ｅ ｓ 屈服准则 和各 向同性硬 化 ， 试 件主要材 料性能见表 １ ， 几何模 型见图 １ 。
表 １ 材料性 能
构件名称
梁、 柱
Ｔ型 钢
微小上 曲， 但通过应 力云 图分析 ， 结构 中并 未 出现应力 过 大或 破
坏现象 ， 结构处于安全状态 ， 其变形及应 力云图见图 ３ 。
结构在 ６ ０ ０ ｋ Ｎ静载作用下 ， 梁柱 间发生 相对转 角 ， 结 构在梁 柱与螺栓连接处 、 Ｔ型钢转 角处 以及 节点部 位 的梁 柱腹板 均产生 较大应力 ， 应力 云图见图 ４ 。
１ １ ｍｍ ×１ ９ ｍ ｍ， Ｔ型钢尺寸 为 ２ ０ ０ ｍ ｍ ×３ ０ ０ ｍ ｍ ×１ １ ｍｍ ×
图 １ 构件几何模型 图 ２ 试件受力简 图
２ 模 拟试 验 结果分 析 ２ ． １ 结构承 载 力分析
结构在螺栓 预应力作 用下 ， Ｔ型钢在 与梁接触 面 的端 部发 生
． ４ 边界 条件 算， 钢 框 架 的 梁 柱 节 点 连 接 通 常被 假 设 成 完 全 刚 接 或 理 想 铰 １
接 。但是 ， 按完全 刚接对 梁柱 节点进 行设 计时 ， 其 节点 刚度被 文 章中试 件 利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ的对 称 约 束功 能 取用 半 模 进 行分 试 件关于梁柱腹板 中心 面几何 对称 ， 因此施加 约束 和荷 载 也 人为高估 ， 导致结构 安 全性偏 低 ； 而按 理想 铰接 考虑则 忽 略 了梁 析 ， 不考 虑层 间影 响 ， 柱 上 柱节 点约束的有利作用… ； 其 二是 节点构造形 式 的选择 存在一定 关于该 面对称 。柱子 上下 端都 为 固定 铰 ， 节点 进行 了较多试验 和研究 【 ２ Ｊ ， 但这 种节 点构 造形 式在工 程质
弹性模量 Ｅ 泊松 比
Ｎ ・ｍｍ２
钢材屈服 强度
Ｎ ・ｍｍ２
ຫໍສະໝຸດ Baidu
钢材抗拉强度
Ｎ ・ ｍｍ２
２ Ｏ ６ Ｏ ０ ０
２ ０ ６ ０ ０ ０
０ ， ３
０ ． ３
２ ３ ５
２ ３ ５
４ ６ ０
４ ６ Ｏ
螺栓
２ Ｏ ６ ０ ０ ０
Ｏ ． ３
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架节点进行研究 ， 得 出一些 性能 特征 ， 对钢 框架 结构 节点设 计 提 出了建议 。
ｌ
善
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１ 有 限元模 型 的建 立
１ ． １ 试件 设计
试件采用 的模型尺寸为实 际钢 框架结构 工程 中的常规 尺寸 ， 按１ ： １比例进行建模 ， 为减 少计算 机运 算难度 ， 利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件 中的对称 约束 功能 ， 建半模进 行分析 。 梁柱均采用 Ｈ Ｋ ３ ￣ｂ型钢 ， 梁柱截面尺寸均为 ３ ０ ０ｉ ｎ ｉ ｎ× ３ ０ ０ ｍｍ×
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１ １ ７ ０
１ ． ２ 选 定单 元类 型
在文 章所 建立的模型 中 ， 梁、 柱、 Ｔ型 钢和螺 栓均 采用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ４ ５ 单元来模 拟 ， Ｔ型钢 与梁 、 柱翼缘 以及螺杆侧壁与螺栓孔之 间的接 触采用 目标单 元 Ｔ ａ ｒ ｇ ｅ １ ７ ０和 接触单元 Ｃ ｏ ｎ ｔ ａ １ ７ ４来进行 模拟 ， 高强 螺栓通过命令 Ｐ Ｓ ＭＥ Ｓ Ｈ 生成 的三维 预 紧单元 Ｐ ｒ ｅ ｔ ｓ １ ７ ９来 施加 预
第３ ９卷 第 ２ ３期 ２ ０ １ ３年 ８ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ ＨＩ Ｔ Ｅ Ｃ Ｔ ＵＲＥ
Ｖｏ ｌ ＿ ３９ Ｎｏ． ２３
Ａｕ ｇ ． ２ ０１ ３
・３１・
文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ２ ３ — ０ ０ ３ １ — ０ ２
中图分 类号 ： Ｔ Ｕ ３ ７ ５ ． ４ 文献标识码 ： Ａ
Ｏ 引言
我 国现行钢框架结构设计 中主要存 在两大 问题 ， 其 一是 对节
１ ． ３ 划 分 网格
文 章中梁 、 柱、 Ｔ型钢和螺栓均采用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ４ ５单元 ， 所 以选 择 四
在应力集 中的 Ｔ型钢转角和螺栓处将网格细化 。 点性质把握不够 准确 ： 在现 行钢 结构 的分析 和设 计 中， 为 简化 计 面体 网格 ，
Ｔ型 钢 连 接 钢 框 架 节 点 半 刚 性 性 能 分 析 ★
杨桂权
摘
阎慧群
黎
陟
６ １ ０ ２ ０ ７）
（ 四川大学建筑 与环境学院 ， 四川 成都
要： 利 用有限元分 析软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ对节点进行建模 ， 分析结构在承 受竖 向荷载下 的刚度 、 变形 、 承载 力、 破 坏形式 等特征 ， 总结 了对 Ｔ型钢连接构造 的一些建议 ， 并通过模拟分析及 试验 对比 ， 得 出了一些 有益 的试 验结论。 关键词 ： 钢框架 ， Ｔ型钢 ， 半刚性 节点 ， 有 限元分析
问题 ： 在此之前 ， 施 刚 等 国 内外学者 对端 板连 接形式 的钢 框架 端截面允许竖 向位移 。 荷载分两部分进行施加 ： 第一部分为 高强摩擦 型螺栓 的预拉
根 据《 钢结构高强度 螺栓连接 技术 规程》 Ｊ ， 螺栓 预应 力选用 量控 制 、 施工难易程度 和工程 造价方 面都存在一 定 的弊端 ］ 。与 力 ， ５ ５ ｋ Ｎ； 第二部分在距梁 柱节 点 ５ ０ ０ ｍ ｉ ｎ 处施加 ６ ０ ０ ｋ Ｎ静载 ， 试件 端板连接 相 比， Ｔ型钢连接具 有安装 简单 、 造价经 济、 刚度及 承载 １ 。 力较大 、 延 性较好等特点 ， 而且 Ｔ型钢 连接无需 现场焊接 ， 所有 模 型受力简 图见 图 ２ 构件 由工程加工 预制再 进行 现场安装 ， 在工 程质量上更 易得 到保 证， 施工效 率也更高 。
１ ９ ｍ ｍ， 螺栓采用 １ ０ ． ９级 Ｍ２ ０摩擦 型 高强度螺 栓 ， 除高强 度螺栓 以外 ， 其余构件及零 部件 均采 用 Ｑ ２ ３ ５钢。材料 假定 为双线 性 弹 塑性材料 ， 服从 Ｖ ｏ ｎ Ｍ ｉ ｓ ｅ ｓ 屈服准则 和各 向同性硬 化 ， 试 件主要材 料性能见表 １ ， 几何模 型见图 １ 。
表 １ 材料性 能
构件名称
梁、 柱
Ｔ型 钢
微小上 曲， 但通过应 力云 图分析 ， 结构 中并 未 出现应力 过 大或 破
坏现象 ， 结构处于安全状态 ， 其变形及应 力云图见图 ３ 。
结构在 ６ ０ ０ ｋ Ｎ静载作用下 ， 梁柱 间发生 相对转 角 ， 结 构在梁 柱与螺栓连接处 、 Ｔ型钢转 角处 以及 节点部 位 的梁 柱腹板 均产生 较大应力 ， 应力 云图见图 ４ 。
１ １ ｍｍ ×１ ９ ｍ ｍ， Ｔ型钢尺寸 为 ２ ０ ０ ｍ ｍ ×３ ０ ０ ｍ ｍ ×１ １ ｍｍ ×
图 １ 构件几何模型 图 ２ 试件受力简 图
２ 模 拟试 验 结果分 析 ２ ． １ 结构承 载 力分析
结构在螺栓 预应力作 用下 ， Ｔ型钢在 与梁接触 面 的端 部发 生
． ４ 边界 条件 算， 钢 框 架 的 梁 柱 节 点 连 接 通 常被 假 设 成 完 全 刚 接 或 理 想 铰 １
接 。但是 ， 按完全 刚接对 梁柱 节点进 行设 计时 ， 其 节点 刚度被 文 章中试 件 利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ的对 称 约 束功 能 取用 半 模 进 行分 试 件关于梁柱腹板 中心 面几何 对称 ， 因此施加 约束 和荷 载 也 人为高估 ， 导致结构 安 全性偏 低 ； 而按 理想 铰接 考虑则 忽 略 了梁 析 ， 不考 虑层 间影 响 ， 柱 上 柱节 点约束的有利作用… ； 其 二是 节点构造形 式 的选择 存在一定 关于该 面对称 。柱子 上下 端都 为 固定 铰 ， 节点 进行 了较多试验 和研究 【 ２ Ｊ ， 但这 种节 点构 造形 式在工 程质
弹性模量 Ｅ 泊松 比
Ｎ ・ｍｍ２
钢材屈服 强度
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
钢材抗拉强度
Ｎ ・ ｍｍ２
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螺栓
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