空间钢构架混凝土框架边节点有限元研究

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1、空间钢构架混凝土框架边节点有限元研究　　摘要：采用ABAQUS有限元软件对空间钢构架混凝土边节点的受力性能进行了分析，分析表明：有限元分析的结果与试验结果吻合良好，说明本文建立的有限元分析模型可以较好地模拟空间钢构架混凝土边节点的受力性能。在此基础上对核心区应力发展趋势进行了非线性分析，为后续的试验研究提供参考。关键字：空间钢构架；框架边节点；非线性；有限元分析Abstract:ByusingtheABAQUSfiniteelementsoftwareforspatialsteelframeconcreteedgejointswereanalyzed.

2、Andtheanalysisshowsthat:thefiniteelementanalysisresultsareingoodagreementwiththeexperimentalresults.Itshowsthatfiniteelementanalysismodelisestablishedinthispapercanbeusedtosimulatethespatialsteelframeconcretemechanicsperformanceofconcretejoints.Onthebasisofthecoreareaofstressdev

3、elopmenttrendsinthenonlinearanalysis,providesthereferencefortheexperimentalstudyonthefollow-up.8Keywords:spatialsteelframe;framesidejoint;nonlinear;finiteelementanalysis中图分类号:TU398文献标识码：A文章编号：0引言空间钢构架是由横向和斜向缀条与纵向弦杆焊接而成的承重型轻钢结构。纵向弦杆可采用（等边或不等边）角钢或普通钢筋，缀条可采用钢板、角钢、普通钢筋。纵向弦杆通过缀条连接形成一

4、个整体，使其具有一定的刚度和承载力，代替普通混凝土结构中的绑扎钢筋笼，形成空间钢构架混凝土结构。8本课题组结合建设部科研项目（99-031-2），对空间钢构架混凝土结构构件的静力性能和抗震性能进行了系统的研究,进行了空间钢构架混凝土梁正截面、斜截面承载力以及刚度裂缝宽度的试验研究、空间钢构架混凝土深梁静力性能试验研究、空间钢构架混凝土柱静力性能试验研究、空间钢构架混凝土桩基承台等，进行了空间钢构架混凝土柱、空间钢构架混凝土异形柱、空间钢构架混凝土框架、空间钢构架混凝土短肢剪力墙和空间钢构架混凝土框架节点抗震性能试验研究。试验表明，空间钢构架可提高混凝土

5、结构构件的初始刚度和承载能力，约束核心内混凝土，改善混凝土结构构件的延性和耗能性能。本文采用ABAQUS软件建立了空间钢构架混凝土边节点有限元非线性分析模型，并对文献[11]中的3个空间钢构架混凝土边节点和1个普通钢筋混凝土边节点的受力性能进行了分析，在此基础上对核心区应力发展趋势进行了非线性分析，为后续的试验研究提供参考。1有限元模型建立建立三维模型试件中的混凝土采用的是Solid实体单元，角钢应用的是Shell壳体单元，钢筋则使用Wire线单元。先在二维界面绘制平面图形，之后直接拉伸即形成部件三维模型。赋予截面材料属性在赋予截面材料属性之前首先要建

6、立截面属性，即对每个截面输入相应的材料力学性能。本文中的钢材材性是根据试验数据所得采用随动强化模型，而混凝土本构则是采用混凝土塑性损伤模型[12]。部件组装及定义相互作用在Module模块中选择Assembly装配功能按钮，对照试件配筋图进行部件组装。并把试件中的钢材做成Part直接嵌入到混凝土中，忽略钢材与混凝土的粘结滑移。设置分析步本文共分三个分析步：Initial初始分析步、用于施加轴力N的step-1和用于施加梁端荷载的step-2。8定义边界条件与荷载根据真实试验情况，试件中柱的底面及顶面都是铰接，模型分析时柱两端截面也设置成铰接约束。模型中

7、柱端轴力N是用压强p以面荷载的形式施加的，梁端力用位移控制进行加载。位移加载时是先设置一个点，使点与梁端受力部分截面耦合，把力直接加在耦合点上。网格划分对装配件进行切割以方便网格的划分，网格划分前先在试件上布置边上种子，本文中混凝土种子尺寸是0.05，钢材的种子尺寸是0.03。求解方法采用ABAQUS隐式分析Standard中的通用求解器（Staticgeneral）进行求解，求解技术采用牛顿-拉弗森法（NewtonRaphson）迭代，并考虑几何非线性。2有限元分析以文献[11]中的空间钢构架混凝土框架边节点试件为有限元分析模拟对象。梁截面尺寸150

8、×350mm，长度1200mm；柱截面尺寸250×300mm，高度1800m；混凝土强度等级C