梁柱带双腹板顶底角钢半刚性连接的试验研究和非线性有限元分析

《梁柱带双腹板顶底角钢半刚性连接的试验研究和非线性有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第七届全国现代结构工程学术研讨会梁柱带双腹板顶底角钢半刚性连接的试验研究和非线性有限元分析‘宋庆彦龙莉萍崔佳韦松蕈虎大学土木工程学院．重庆400045)摘要：通过梁柱顶底角钢带双腹板角铡连接的3个试什的拟静力试验，得到卜口曲线。在试验中，还记录了梁柱连接中重点部位的应变情况，分析了破坏机制及破坏原因。对此类节点半刚性连接采用非线性有限元分析方法，对连接中的主要构件的顶部，底部，腹板角钢，高强螺栓，粱翼缭，柱翼缘进行三维非线性有限元精细模拟，在与试验数据对比的基础上．对影响该连接性能的主要参数进行分析，探讨了此类节点半刚性连

2、接的主要受力性能。关键词：半刚性，项底角钢带般腹板角钢，弯矩一转角曲线，非线性．有限元一、引言钢结构中的粱柱连接可分为刚性连接，半刚性连接，铰接3种类型。但完全的刚接和完全的铰接在实际工程中是极少出现的。绝大多数的连接均处于在刚接与铰接之间，即为半刚性连接。角钢连接也是半刚性连接的一种，具有安装方便，．易于定位等优点，正日益受到工程界的重视。为了研究半刚性连接的性能，人们做了大量的试验研究，提出了刚性连接的弯矩一转角关系式。其中最著名的是wu和chen提出的三参数指数模型，来表达角铡连接的弯矩一转角特性。佩它在确定初始刚度

3、和极限弯矩时，没有考虑螺栓的刚度和预拉力是不足之处。研究表明，半刚性连接的节点中，螺栓、角钢、柱翼缘和梁翼缘受力后的屈服应力，应变的大小随着高强螺栓的直径、角钢的厚度、节点区域处有无加劲肋，螺栓的预紧力和粱柱翼缘厚度的变化而变化。鉴于此类节点国内尚无较完善的理论和计算方法。因此．有必要分析影响其连接性能的主要因素，为今后的设计及篪丁提出有益的建议。二、试验概况三个试件中，包括梁，柱均采用Q235钢，由两根冷弯薄壁c型钢背靠背焊接组成，所有螺栓均采用10．9级M20摩擦型高强螺栓，焊缝采用E43ll焊条焊接，梁截面350mx

4、200mx35mx3．0m，柱截面350∞x300mx35mx3．Om。本次试验采用足尺梁柱节点t且选用同一批材料。柱节点域横向加劲肋板厚度不应小于粱翼缘厚度，取t=5m，位置处在粱翼缘相应位置上。项底角钢与腹板角钢采用热轧等肢角钢L75x60。项底连接角钢两肢分别用四颗螺栓与粱柱连接，双腹板角钢分别由三颗螺栓与梁柱连接。试件的主要尺寸和连接方式见网l。本试验采用DH3816应变记采仪来记录加载过程中各应变片的应变数值，并采用由柱脚设1∞oKN千斤顶施加轴力，梁端竖向设300I(N千斤顶施加外荷载的加载方案。为防止试件倾覆

5、或水平位移，分别在柱顶和柱脚设置抵抗水平力的横挡。试验示意图见图2。～在整个试验过程中要不断给柱的两端补载，使柱的两端茼载不变。为减小组件问相对滑移对试验的影响，在正式加载前对梁逐级进行预加载，然后卸载，加(卸)一级，停2分钟。对粱端进行单向逐级加载，每级荷载间持荷2分钟，观察变形情况并进行数据采集，直至试件破坏。具体加载制度见表l。当顶底角钢或腹板角钢产生明显的裂纹并且裂纹相且贸通或连接转角达到O．045rad时，试验可以终止·142a工业建筑2DD7增刊第七届争国现代结构_T程学术研讨会表1试件加载制度试件．加拽阶段(

6、KN)0—3-6—9一12一15一165一18一19．5—21—22弘27—28—29—30一30．5—30A—l』一31．5—32O一3—6912—1516．5—18一19．5_2卜22524—25．5—27一Z8．5—30A一2一31_5—3334．5—36—37．5—39—40．5—42435-45—46．5—480—3—6—9一12—1516．5—18一19．5吨l一22．5—24—25．5—27—28．5—30．A一3一31．j一33一j4．5—36—375—39405+一试验现象：(1)顶部受拉角钢的肢背与柱翼

7、缘脱离，两侧对称，反映出粱平面外弯曲变形很小，见图4，图5。(2)顶角钢受拉螺栓的螺杆底部有明显的受压变形，螺栓孔被扯大，受拉螺栓没有滑丝现象：受剪螺栓的螺杆有轻微剪切变形。。(3)底角钢各处螺栓没有明显的破坏现象，底角钢受压有明显变形。‘(4)腹板角钢顶部与柱翼缘脱开，腹扳角钢处的受拉螺栓和受剪螺栓坶嫂有破坏，说明腹板角钢及螺栓有足够的承载能力。图3试件在加载台上三、非线性有限元分析图4试验终止拆卸后的角钢和试验所采用的A1试件尺寸一致，梁，柱均采用口235钢。由两根冷弯薄壁c型钢背靠背焊接组成工业建筑、2007增刊14

8、29第七届全国现代结构T程学术研讨会粱截面350mx200mx35∞x3．0Ⅲ，柱截面350mx300mx35mmx3．0m。采用三维有限元法对腹板顶底角钢相连的钢梁柱节点进行分析，角钢具体尺寸，摩擦系数和螺栓预拉力取值见表2，其中Bl有限元模型和试件Al完全一致。图5受拉处角钢变形示意图图6^1试件的