关于t型钢梁柱连接的有限元分析方法

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1、第２９卷第１３期甘肃科技Ｖｏｌ２９Ｎｏ１３２０１３年７月ＧａｎｓｕＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪｕｌ２０１３Ｔ型钢梁柱连接的有限元分析方法赵玉霞（甘肃省建筑职业技术学院，甘肃兰州７３００５０）摘要：针对适用于钢结构的短Ｔ型钢连接节点半刚性梁柱节点采用理论和试验相结合的方法进行了分析研究。采用目前国际上比较流行的大型通用有限元软件ＡＮＳＹＳ，对Ｔ型钢的连接节点试件进行了三维非线性有限元分析，详细论述了Ｔ型钢梁柱连接的有限元分析方法，为工程中运用有限元软件分析提供了依据。关键词：Ｔ型钢半刚性连接；有限元；受力性能分析中图分类号：ＴＵ３２３在传统的钢框架结构设计中，人们通常将梁柱

2、处理，在梁柱翼缘与角钢及梁腹板与角钢连接处设节点连接假设成完全刚接或理想铰接，以方便计算。置接触。螺栓、Ｔ型钢、梁和柱采用ＳＯＬＩＤ９５单元。事实上，大部分梁柱节点的连接性能介于两者之间，选择ＴＡＲＧＥ１７０单元和ＣＯＮＴＡ１７４单元模拟面一属于半刚性连接节点的范畴。大量的研究表明，节面接触。螺杆采用预拉力单元ＰＲＥＴＳ１７９。点的半刚性对钢框架的内力、位移和结构的极限承ＳＯＬＩＤ９５单元允许使用不规则单元形状，且不影载力的影响相当大，不容忽视。针对适用于钢结构响精度。在划分网格时，由于钢结构梁柱的板件较的短Ｔ型钢连接节点半刚性梁柱节点采用理论和薄，６面体单元的３个方向的尺寸不能悬殊太大，板

3、试验相结合的方法进行分析研究。采用目前国际上的厚度成为制约单元划分多少的重要因素。在划分比较流行的大型通用有限元软件ＡＮＳＹＳ，对Ｔ型钢网格时，对远离节点域的构件采用映射网格划分方法的连接节点进行三维非线性有限元分析。对实体进行规则划分，长宽比控制在１：１０以内；在连接节点区，由于螺栓孔的影响，为规则划分带来了很１基本方法介绍大的困难，改为自由网格划分。研究的节点中，主要［１］１．１基本假设考虑了Ｔ型钢和梁柱翼缘连接处的接触、Ｔ型钢与梁在进行有限元分析的过程中，不考虑几何缺陷腹板连接处的接触及螺母与梁柱翼缘和Ｔ型钢翼缘的影响，也不考虑诸如螺栓洞口边缘的非线性或由之间的接触。接触问题是一种高度

4、状态非线性问题。于螺栓撬力的大小不均所引起的Ｔ型钢的应力变定义接触单元分为两步：选择要定义的接触面、赋予化，柱翼缘与加劲肋在焊接时的收缩引起板的变形实常数以形成接触对。有限元计算中预拉伸力不是也不在本文的研究范围，同时假设螺栓在洞边界没荷载条件，而是一种初始条件。ＡＮＳＹＳ提供了预拉有接触。伸单元ＰＲＥＴＳ１７９单元用来连接预拉伸接合件，可以１．２实体建模采用如下命令流建立预紧力：ｐｓｍｅｓｈ，１，ｂｏｌｔ１，，ｖｏｌｕ，ＡＮＳＹＳ中的实体建模有两种思路：自底向上的１，０，ｘ，ｈｃ／２－ｔｃｆ＋ｌｌ／２，，，，ｂｏｌｔ１。［２］构造模型和自顶向下的构造模型。采用自顶向１．４材料属性定义下建模

5、，利用布尔操作对体素进行加减完成模型的在有限元计算过程中，梁、柱、加劲肋的材料性建立。自顶向下建模是采用ＡＮＳＹＳ中相应的命令质均采用与试件相同值，并且假定钢材分布均匀，各直接创建实体模型，由于体素是高级图元，可不用首处的应力———应变曲线相同，不考虑钢材轧制对钢先定义任何关键点而生成，所以利用体素进行建模材性能的影响，钢材各向同性。钢材的弹性模量为：即是自顶向下的建模，即当生成一个体素时，ＡＮＳＹＳＥ＝２０６ｅ５ＭＰａ，泊松比取为ｖ＝０３。应力应变关系会自动生成所用必要的低级图元，包括关键点和相采用考虑强化和下降段的三折线模型，Ｑ２３５钢的材应的线与面。性明细表见表１。１．３单元介绍螺

6、栓采用的是钢结构规范中规定的１０９级摩采用实体建模，螺栓头和螺帽近似按圆形建模擦型高强螺栓。螺栓材料的弹性模量为：Ｅ＝２０６９８甘肃科技第２９卷１１２×１０ｋＮ／ｍ，泊松比取为。对于螺栓材料，当应变当应变达到０１时，便达到极限应力，极限应力达到０００４５６时，即认为屈服，屈服应力为９４０ＭＰａ；１１３０ＭＰａ。表１梁柱所用钢材的材性明细２（％）σ２（％）σ２（％）项目σｙ（Ｎ／ｍｍ）εｙｓｔ（Ｎ／ｍｍ）εｕｕ（Ｎ／ｍｍ）εｕＱ２３５３０２０１１４４４５１５３７５２２１．５边界条件及加载制度ｓｏｎＭｅｔｈｏｄ）进行非线性迭代求解。使用荷载步文为节省计算时间及计算机使用空间，采用１／２

7、件法进行求解，在计算过程中将每一子步都写入结模型进行了分析，在Ｚ＝０边界施加对称边界条件，果文件，依次写入所有的荷载步文件，以确保能较完为与试验情况相符，荷载施加在梁的自由端，柱的两整地纪录荷载———位移曲线的形状，并能较完整地端为固定端。本问题分为两个荷载步，第一步施加记录分析所用变量和指标的全过程响应，并一次全螺栓的预拉力，模型的１０９级Ｍ１６摩擦型高强螺部求解。为了模拟试件的延性破坏，对钢材的应力栓预