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H型鋼梁外加強環式節點的有限元分析

發布於:2024-07-02 20:58
有限元分析

      圓鋼管柱H型鋼梁外加強環式節點已被廣泛應用到鋼框架中,圓鋼管柱H型鋼梁的外加強環式節點性能影響鋼框架的抗震性能,是目前國內外學者研究的重點。在實際鋼框架工程中柱與梁的連接是介於剛性連接與鉸接的半剛性連接,半剛性連接能承受一定的彎矩,又能發生一定的轉動。由於現有規範沒有給出圓鋼管柱H型鋼梁外加強環式節點抗彎性能與節點域的抗剪性能,在實際應用中帶來許多不便。本文通過數值有限元分析方法研究節點的彎矩轉角關係與節點域的剪力剪切角關係,為該類節點在工程實際中的應用奠定理論基礎。
      在ABAQUS有限元軟件中建立模型,模型中所有單元均采用完全積分的四邊形殼單元S4R,材料均采用Q235,彈性模量206GPa,屈服應力為235MPa,泊鬆比取0.3。所建立的經典模型是在已有實驗和有限元模擬的基礎上建立圓鋼管柱H型鋼梁外加強環式半剛性節點,得到其在靜力荷載作用下的力學性能、破壞模態、節點域抗剪承載力、節點抗彎承載力,並加以分析。通過研究分析各個參數對圓鋼管柱H型鋼梁外環板連接的半剛性節點性能的影響,得到半剛性節點的抗彎承載力以及抗剪承載力表達式。為研究單參數對圓鋼管柱H型鋼梁外環板連接半剛性節點的影響,首先建立一個經典模型,根據經典模型調整參數。本文選取10個參數,其中圓鋼管柱的直徑D=400mm,圓鋼管柱的長度H=1350mm,梁的長度L=1600mm,保持不變;7個可變參數(圓鋼管柱壁厚tc,梁翼緣寬度bf,梁翼緣厚度tf,梁腹板厚度tw,梁腹板高度Hf,外環板寬度Hs,軸壓比n)變化範圍如表所示。
      根據經典模型選取梁翼緣寬度的範圍為140~280mm,通過對比圖2(a)各個參數下彎矩轉角關係,得到隨著梁翼緣寬度的增大,節點的抗彎承載力顯著增強,節點的梁翼緣寬度每增加20mm,其剛度增加5%左右,屈服承載力增加5%左右,極限承載力增加1.5%左右,梁翼緣寬度對節點的抗彎承載力有一定影響。通過對比圖各個參數下的剪力剪切角關係,得到隨著梁翼緣寬度的增大,曲線趨勢逐漸上升,節點的抗剪承載力顯著增強,Bf=280mm模型的初期剛度變化率以及極限承載力變化率最大,Bf=220mm模型、Bf=240mm模型、Bf=260mm模型初期剛度有所下降但極限承載力變化率有所上升,梁翼緣寬度對節點的抗彎承載力有一定影響。
      為研究梁腹板高度Hf對節點承載力的影響,建立了7個有限元模型,選取梁腹板高度Hf範圍為180~300mm,從圖可以看出,隨著梁腹板高度Hf增大,抗彎承載力顯著增強,梁腹板高度每增加20mm,剛度增加2%左右,屈服承載力增加3%左右,極限承載力增加2%左右,梁腹板高度對節點的抗彎承載力與極限承載力有顯著影響。通過對比圖各個參數下的剪力剪切角關係,得到隨著梁腹板高度Hf的增大,隻有Hf=220mm模型極限承載力增大了3%,Hf=240mm模型極限承載力降低了6%,Hf=280mm模型與Hf=300mm模型極限承載力均降低了3%;總體來看初期剛度變化不大,Hf=240mm模型初期剛度降低了6%,Hf=280mm模型初期剛度增大了2%,梁腹板高度對節點的抗剪承載力有一定影響,但影響不大。



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