部分端板连接钢框架梁柱组合节点初始转动刚度计算方法.pdf

第六届全国现代结构工程学术研讨会 部分端板连接钢框架梁柱组合节点 初始转动刚度计算方法 暴伟邵永松 (哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090) 摘要： 欧洲规范Eurocode4没有明确给出部分端板连接钢框架组合节点初始刚度的计算方法，本文利用ANSYS有限元软 件建立分析模型，给出了考虑混凝土受拉初始刚度的计算方法，并与有限元结果进行了比较。 关键词： 组合节点，初始转动刚度，有限元 一、 引言 近年来，国内外学者对各种类型的组合节点做了一定的研究，但主要集中在齐平端板连接上，而对于 部分端板连接的组合节点研究较少。一般认为，端板连接的节点设计、施工简洁，有着广阔的发展空间。 然而，对于部分端板连接的组合节点设计则更加简便，制作和施工也更加方便。 考虑到楼板内混凝土的作用，半刚性组合节点的初始刚度要远远高于同类型的钢结构节点。正因为考 虑了混凝土楼板的作用，组合节点初始转动刚度的影响因素增多，计算也变得更加复杂。 欧洲规范…旧3没有明确给出部分端板连接组合节点初始刚度的计算方法。尽管文献[3]结合欧洲规范的 设计方法，给出了部分端板连接组合节点初始刚度的算例，却没有考虑到螺栓和楼板中混凝土受拉的影响。 本文基于对ANSYS有限元软件计算结果的分析，考虑楼板中混凝土及螺栓受拉的影响，提出计算组合节点 初始转动刚度的方法。 ．二、 有限元模型的建立 部分端板连接组合节点采用三维实体模型建立。使用ANSYS软件进行有限元分析时，钢构件(梁、柱、 凝土受拉开裂后退出工作；混凝土和钢材采用双线性随动强化(BKIN)模型，为加强模型计算收敛，钢材达 到屈服强度后考虑干分之五倍弹性模量的应力强化，混凝土采用多线性等向强化(MISO)模型，材料的本构 单元模拟；此外，采用PRETSl79单元模拟高强螺栓的预拉力。考虑结构、荷载的对称性，本文只建立1／4 的有限元模型，以节省计算时问。试件的几何尺寸、约束条件以及所施加的荷载均根据实际情况确定。本 文建立的有限元模型如图2所示。 为了验证本文有限元模型建立方法的可应用性，建立文献[4]所介绍试验的有限元模型，并与其结果 进行比较。图3为有限元计算与试验所得的弯矩转角关系曲线对比，由图中可以看出：本文所建立模型可 以很好的模拟部分端板连接组合节点的性能。 D D ￡ ￡ (a)钢材 (b)混凝土 图1材料本构关系 工业建筑2006增刊 第六属全国现代结构工程学术研讨会 (a)连接部位构造 (b)模型全图 图2 A№YS建立有限元模型 本文在有限元分析时采用国内常用材料及几何尺寸设计一标准试件A1：钢梁采用HM300×150型钢， 上，本文变换参数对21个组合节点有限元模型所得到的弯矩转角关系曲线进行了分析(各模型特征如表1 所示)，探讨其初始刚度的计算方法。 三、 模型初始刚度影响因素的分析 由于混凝土的抗拉强度远远低于其抗压强度，欧洲规范Eurocode4也认为组合节点在其承受弯矩的 初期，受拉区混凝土即因其开裂而退出工作，因此在建立设计方法时忽略了混凝土对于节点刚度的贡献。 在对本文所建立的21个Ansys有限元模型的弯矩转角关系曲线进行分析后发现，尽管混凝土的抗拉 强度较低，但其在加载初期对组合节点抗弯刚度的贡献却不可忽略，混凝土对其初始抗弯刚度的影响可一 直持续到弯矩达到极限弯矩承载力M．的10％以上。混凝土的弹性模量虽小，但由于楼板的有效截面积大， 在受荷初期，混凝土对于节点抗弯刚度的贡献远远大于其它构件。而随着裂缝的不断出现，刚度的退化也 复杂起来，使得计算组合节点初始刚度变得复杂，给