钢结构中高强螺栓连接的数值模拟方法

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1、第４６卷第１２期哈尔滨工业大学学报Ｖｏｌ?４６Ｎｏ?１２２０１４年１２月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＡＲＢＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＤｅｃ．２０１４钢结构中高强螺栓连接的数值模拟方法１，２３张文元，扈玥昕（１．结构工程灾变与控制教育部重点实验室（哈尔滨工业大学），１５００９０哈尔滨；２．哈尔滨工业大学土木工程学院，１５００９０哈尔滨；３．云南大学城市建设与管理学院，６５００９１昆明）摘要：为能够对使用众多高强螺栓群拼接的钢结构大型复杂节点进行精确的有限元数值模拟分析，并揭示螺栓拼接节点在各阶段的受力性能，提出了一种以连接件单元代替螺栓的简化模拟方法．对高强螺栓单剪连接

2、使用实体单元建模，并考虑各种非线性影响，进行精细的有限元模拟分析．在深入研究连接的弹性、滑移、强化和屈服等各个阶段受力机理的基础上，给出了代替螺栓连接件的本构关系，并将其成功应用于简化的壳单元连接模型中．针对工程中常用的不同规格连接进行了大量算例分析，并将简化模型与精细模型计算结果进行对比，验证了所提方法在高强螺栓拉剪连接有限元模拟中的可行性，为使用数值模拟方法揭示大型复杂螺栓群连接节点的真实受力状态奠定了基础．关键词：钢结构；高强螺栓连接；数值模拟；有限元分析；本构关系中图分类号：ＴＵ３９１；ＴＵ３１３文献标志码：Ａ文章编号：０３６７－６２３４（２０１４）１２－０００８－０７Ｎ

3、ｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｈｉｇｈ⁃ｓｔｒｅｎｇｔｈｂｏｌｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｉｎｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ１，２３ＺＨＡＮＧＷｅｎｙｕａｎ，ＨＵＹｕｅｘｉｎ（１．ＫｅｙＬａｂｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＤｙｎａｍｉｃＢｅｈａｖｉｏｒａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ（ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，１５００９０Ｈａｒｂｉｎ，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１５００９０Ｈａｒｂｉｎ，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｃｈｏｏ

4、ｌｏｆＵｒｂａｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＹｕｎｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，６５００９１Ｋｕｎｍｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｐｒｏｃｅｅｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｂｏｌｔｅｄｌａｒｇｅ⁃ｓｃａｌｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｉｎｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｂｅｈａｖｉｏｒｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｉｎｇｓ，ａｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓｂｒｏｕｇｈｔｆｏｒｗａｒｄ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｈｉｇｈ⁃ｓｔｒｅｎｇｔｈｂｏｌｔｃａｎｂｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎ

5、ｇｃｏｎｎｅｃｔｏｒｅｌｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｎｏｎ⁃ｌｉｎｅａｒｓｈｅａｒｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｉｎｇｌｅ⁃ｓｈｅａｒｂｏｌｔｅｄｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｗｉｔｈａｃｃｕｒａｔｅｍｏｄｅｌｓｗｈｅｒｅｔｈｅｓｏｌｉｄｅｌｅｍｅｎｔｓａｒｅｅｍｐｌｏｙｅｄ．Ｂａｓｉｎｇｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｅｌａｓｔｉｃ，ｓｌｉｐｐｉｎｇ，ｈａｒｄｅｎｉｎｇ，ａｎｄｙｉｅｌｄｉｎｇｐｈａｓｅｕｎｄｅｒｓｈｅａｒｆｏｒｃｅ，ａｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｂｏｌｔｃｏｎｎｅｃｔｏｒｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎ

6、ｄｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｅａｓｉｌｙｉｎｓｈｅｌｌｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｈｉｇｈ⁃ｓｔｒｅｎｇｔｈｂｏｌｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ．Ｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｓｏｆｅｘａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｖａｒｉｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｌａｔｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｂｏｌｔｄｉａｍｅｔｅｒａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｓｈｅｌｌｅｌｅｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅａｃｃｕｒａｔｅｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｓｏｌｉｄｅｌｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｉｍｐ

7、ｌｉｆｉｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｈａｓａｇｏｏｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄａｃｃｕｒａｃｙ，ａｎｄｈａｓａｐｏｔｅｎｔｉａｌａｂｉｌｉｔｙｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｈｉｇｈ⁃ｓｔｒｅｎｇｔｈｂｏｌｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｈｉｇｈ⁃ｓｔｒｅｎｇｔｈｂｏｌｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎ［