端板連接節(jié)點(diǎn)有限元研究

張富嬌 霍志偉

摘? 要：為了研究ABAQUS有限元軟件對端板連接節(jié)點(diǎn)建模的可靠性，利用對比建模所得結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的方法，驗(yàn)證其正確性。主要對比了試件的破壞形態(tài)、滯回曲線和極限承載力。結(jié)果表明：ABAQUS有限元軟件建模分析得出的結(jié)果與試驗(yàn)得出的結(jié)果基本一致，從而證明了有限元建模的可靠性，可以用有限元軟件分析的方法對試件進(jìn)行深入的研究。

關(guān)鍵詞：端板連接;有限元軟件;試驗(yàn);滯回性能;極限承載力

中圖分類號：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）08-0053-02

Abstract： In order to study the reliability of end-plate connection modeling by ABAQUS finite element software， the correctness of the model is verified by comparing the modeling results with the experimental results. The failure modes， hysteretic curves and ultimate bearing capacity of the specimens are compared. The results show that the results of ABAQUS finite element software modeling and analysis are basically consistent with the experimental results， which proves the reliability of finite element modeling， and the finite element software analysis method can be used to carry out in-depth study of the specimen.

Keywords： end-plate connection; finite element software; test; hysteretic performance; ultimate bearing capacity

前言

鋼材是一種綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展材料，鋼結(jié)構(gòu)是一種可以拆卸的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用范圍極廣，在抗震設(shè)防要求高的地區(qū)和重型工業(yè)廠房、高層房屋結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系中占著十分重要的角色。清華大學(xué)施剛[1]對端板連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)，研究了不同條件對節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響。目前ABAQUS有限元軟件[2]經(jīng)常用于對構(gòu)件的研究，而利用有限元軟件對端板連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的研究比較少，研究有限元軟件的可靠性具有十分重要的意義。

本文通過對比建模所得結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證有限元軟件建模的正確性，主要對比了試件的破壞形態(tài)、滯回曲線和極限承載力。

1 試件設(shè)計(jì)

端板連接節(jié)點(diǎn)的梁截面尺寸為300×200×8×12，柱截面尺寸為300×250×8×12，端板截面尺寸為500×200×20，柱加勁肋截面尺寸為209×144×12，梁長度為1200mm，柱高度為2000mm，鋼材選用Q345B，螺栓均采用10.9級M20高強(qiáng)螺栓。

2 有限元模型建立

該端板連接節(jié)點(diǎn)的模型網(wǎng)格劃分采用C3D8R單元，具體的網(wǎng)格劃分見圖1。

3 邊界條件及加載

在節(jié)點(diǎn)柱頂x、y方向和柱底x、y、z方向施加約束，在x=0的邊界面上施加對稱約束。將低周循環(huán)位移荷載施加在梁柱端板連接的梁端處。先將梁端面上的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)耦合，再將位移循環(huán)荷載施加在耦合面的主節(jié)點(diǎn)上。加載制度如表1。

4 結(jié)果對比

4.1 破壞形式對比

節(jié)點(diǎn)的破壞形式如圖2（a）所示，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖可知，受拉區(qū)端板與柱翼緣之間產(chǎn)生縫隙，螺栓被拉斷，受壓區(qū)縫隙不明顯，同時(shí)柱腹板上的鐵銹發(fā)生脫落，說明在循環(huán)加載作用下節(jié)點(diǎn)域的受力較大。有限元模擬的結(jié)果如圖2（b）所示，從應(yīng)力云圖中可以看出，梁與柱連接處所受的應(yīng)力較大，受拉區(qū)的螺栓受力較大，最先被破壞，且在柱腹板處的節(jié)點(diǎn)域所受的應(yīng)力明顯大于其他的地方，這和試驗(yàn)結(jié)果是一致的。

4.2 滯回性能對比

有限元分析結(jié)果和試驗(yàn)分析結(jié)果的滯回曲線如圖3所示。

對比圖3（a）（b），可以得出有限元模擬所得的滯回曲線比較飽滿，而試驗(yàn)所得的滯回曲線比較扁長，這是因?yàn)樵囼?yàn)中試件受焊縫的影響而在有限元模擬中忽略了焊縫缺陷所帶來的影響。

4.3 極限承載力對比

有限元分析結(jié)果和試驗(yàn)分析結(jié)果的極限承載力如表2所示。

從數(shù)據(jù)對比來看，試驗(yàn)中試件的極限承載力為288.4kN，而從有限元模型分析得出的試件極限承載力為325.7kN，兩種分析方法得到的同一試件的極限承載力相差值在15%以內(nèi)。

5 結(jié)論

通過將有限元模型的分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，得出有限元建模方法的可行性，由以上對比的試件破壞形式、滯回曲線和極限承載力結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過有限元建模分析得出的結(jié)果與試驗(yàn)得出的結(jié)果基本一致，證明了有限元建模的正確性，可以用有限元軟件分析的方法對試件進(jìn)行深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]施剛.鋼框架半剛性端板連接的靜力和抗震性能研究[D].北京：清華大學(xué)，2004.

[2]劉展.ABAQUS6.6基礎(chǔ)教程與實(shí)例詳解[M].北京：中國水利水電出版社，2008.