防屈曲支撑节点板平面外稳定承载力数值分析.pdf

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1、第31卷第2期华侨大学学报(自然科学版)Vo1．31No．22010年3月JournalofHuaqiaoUniversity(NaturalScience)Mar．2010文章编号：1000—5013(2010)02—0210—05防屈曲支撑节点板平面外稳定承载力数值分析张继承，刘飞，江韬。，彭兴黔。(1．长江大学城市建设学院，湖北荆州434023；2．同济大学土木工程学院，上海200092；3．华侨大学土木工程学院，福建泉州362021)摘要：设计8种不同种类节点板的模型，考虑几何非线性和材料非线性，对模型的偏心加载平面外稳

2、定承载力进行有限元分析，研究不同构造形式对于节点连接部位承载能力的影响因素．研究结果表明，影响节点平面外刚度和承载能力的因素中，螺栓的布置是最重要的关键因素之一．螺栓布置要尽可能使节点板的塑性铰线沿着面内最长的路径扩展开，才能充分发挥节点板的承载能力．此外，节点板平面尺寸宜设计小些，尺寸大的板反而会减小面外承载力；节点板的加劲肋会影响节点板的应力分布和塑性扩散．关键词：防屈曲支撑；数值模拟；平面外刚度；非线性有限元中图分类号：TU391文献标识码：A传统的带支撑框架有中心支撑框架和偏心支撑框架，中震和强震时，支撑会受压屈曲和受拉

3、屈服，支撑的屈曲不利于能量耗散．屈曲约束支撑框架体系(BRBF)是新近出现并逐渐得到应用的一种抗震框架体系，在受拉和受压时都可屈服而不屈曲，克服了传统支撑体系的特点，在国内外得到广泛的研究L1]．与抗弯钢框架和普通支撑框架相比，BRBF有以下2个优点[1]．(1)与抗弯框架相比，小震时BRBF线弹性刚度高，可以很容易地满足规范的变形要求．(2)由于可以受拉、受压屈服，BRBF消除了传统中心支撑框架的支撑屈曲问题，在强震时有更强和更稳定的能量耗散能力．本文主要研究屈曲支撑和框架连接部位节点板的平面外受力性能，为实际工程设计和应用提

4、供参考．1有限元分析模型的建立1．1分析模型的结构方案根据防屈曲支撑已有的研究成果和工程经验，设计8种节点板的分析模型．在设计中，充分考虑了节点板形式、支撑角度、连接板长度、加劲肋设置、螺栓分布位置等因素的影响．表1为8种模型的主要参数，图1为设计模型的示意图．表1中：为角度；e为偏心距；d，dw，d分别为支撑板厚、节点板后和表1分析模型的主要参数Tab．1MainparametersofanalysismodelAs~turn~lnlTlds／mmAN／mmXITllndN／rnmd／mm螺栓直径／(。)e／ram180×12

5、045180×12045180×12045120×12045120×1204512O×12O45160×12O5516O×12O55收稿日期：2009—03—27通信作者：张继承(1976一)，男，讲师，主要从事结构工程的研究．E-mail：zhanNc1976@hotmail．com．基金项目：湖北省自然科学基金资助项目(2oo8cDZo82)第2期张继承，等：防屈曲支撑节点板平面外稳定承载力数值分析211连接板厚；A为支撑板截面，A为节点板截面。图1中：模型1，2是增大节点板的尺寸；模型2，3是在节点板边缘增设加劲肋板；模型

6、4～6是不同连接螺栓的排列形式；模型7，8是不同连接钢板的长度．(a)模型1(b)模型2(c)模型3一=4OI!篓：塑l加劲板(d)模型4(e)模型5(f)模型6(g)模型7(h)模型8图1结构分析模型示意图(单位：mm)Fig．1Schematicdiagramofstructuralanalysismodels(unit：mm)1．2定义材料特性节点板钢材采用Q235，通常可认为钢材是理想的弹塑性材料，故可采用Von—Mises屈服准则和随动强化准则．常用的材料本构模型有双线性和多线性模型．多线性模型通过多段直线来模拟弹塑性

7、材料的本构曲线，即认为材料在屈服前按照弹性模量变化，在屈服以后，分别以不同的、小于弹性模量的另一个模量变化．采用三线性随动强化模型，其屈服强度fy=235MPa，极限强度，u=240MPa，切线模型ET一0．02E。．1．3单元的定义和选择研究防屈曲支撑节点板连接部位的力学性能，需要考虑板件在平面外非线性屈曲时的几何非线性(大变形)和材料非线性(弹塑性)．在ANSYS上进行数值分析时，选用4节点有限应变，每个节点具有6个自由度的壳单元SHELL181E引．建模计算时，为方便施加边界约束条件，加入无限刚性梁．节点板部位在承受偏心轴

8、力作用时(平面外)，力学简化分析模型如图2所示．图2力学简化分析模型Fig．2Simplifiedmechanical2偏,6／Jn载计算结果analysismodel模型全部采用轴向加载的方式，并考虑平面外的偏心距离．对设计的8种模型进行偏心加载的非线性有限元