鋼箱型柱和H梁柱外傳力節(jié)點(diǎn)有限元分析

全偏心鋼結(jié)構(gòu)梁-柱節(jié)點(diǎn)由于偏心而引起應(yīng)力集中,其受力性能較為復(fù)雜。首先對(duì)偏心連接梁-柱鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的受力特征進(jìn)行分析,證明偏心節(jié)點(diǎn)核心區(qū)存在明顯的三維扭轉(zhuǎn)效應(yīng),導(dǎo)致偏心鋼節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪力相對(duì)于非偏心節(jié)點(diǎn)存在增大效應(yīng)。通過(guò)有限元分析,研究了節(jié)點(diǎn)主要構(gòu)造參數(shù)對(duì)核心區(qū)剪力增大系數(shù)的影響規(guī)律。分析表明:核心區(qū)板件厚度、梁柱腹板厚度對(duì)核心區(qū)剪力增大系數(shù)的影響較為顯著,梁柱翼緣厚度對(duì)剪力增大系數(shù)具有一定影響,梁高、梁寬和柱高,對(duì)剪力增大系數(shù)具有一定的影響。通過(guò)數(shù)值算例,得到了剪力增大系數(shù)計(jì)算式并進(jìn)行了驗(yàn)證。提出了適用于全偏心鋼節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪力計(jì)算式,可供工程設(shè)計(jì)參考。

運(yùn)用有限元軟件,采用分離式有限元模型,選擇實(shí)體、殼和桿單元分別模擬混凝土、鋼骨和鋼筋,建立了三個(gè)l型鋼骨混凝土柱梁柱節(jié)點(diǎn)模型,并考慮材料、幾何雙重非線性,對(duì)三類典型的節(jié)點(diǎn)失效模式,即梁鉸型、核心區(qū)剪切型以及混合型,進(jìn)行了深入研究和分析,并總結(jié)失效模式特點(diǎn),歸納相關(guān)影響參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,選擇兩類材料強(qiáng)度進(jìn)行參數(shù)分析,得到材料強(qiáng)度對(duì)承載力、剛度等鋼骨混凝土柱梁柱節(jié)點(diǎn)靜力性能的影響。

對(duì)3種不同構(gòu)造形式的鋼結(jié)構(gòu)梁柱剛性連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了彈塑性有限元分析,研究了節(jié)點(diǎn)焊接孔尺寸變化對(duì)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布、塑性區(qū)分布的影響。分析表明,焊接質(zhì)量是防止節(jié)點(diǎn)發(fā)生脆性破壞的重要保證,減少焊接缺陷可以增加節(jié)點(diǎn)的延性和耗能能力。

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圓鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)有限元分析

加強(qiáng)環(huán)式鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)在工程中通常被當(dāng)作剛性節(jié)點(diǎn)。但實(shí)際上,完全的剛性連接是不存在的,該節(jié)點(diǎn)的梁柱連接剛度介于剛接與鉸接之間。為了獲得完整準(zhǔn)確的節(jié)點(diǎn)連接剛度信息,主要運(yùn)用有限元工具并加以試驗(yàn)驗(yàn)證,探求影響梁柱連接剛度的各要素以及這些要素對(duì)連接剛度的影響程度。首先,利用有限元分析軟件ansys建立加強(qiáng)環(huán)式鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的有限元模型,并以試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性;然后,在經(jīng)過(guò)試驗(yàn)校核的有限元節(jié)點(diǎn)模型基礎(chǔ)上,作一系列改變節(jié)點(diǎn)域各個(gè)參數(shù)的分析,從而確定影響梁柱連接剛度的重要因素;最后,利用matlab將有限元數(shù)據(jù)擬合成描述該節(jié)點(diǎn)梁柱連接剛度通用的m—θ公式。

通過(guò)利用ansys對(duì)鋼框架中箱形柱與h型鋼梁剛性節(jié)點(diǎn)在不設(shè)置加勁板的情況下進(jìn)行非線性有限元分析,研究梁柱節(jié)點(diǎn)的受力性能。根據(jù)有限元分析,確定出節(jié)點(diǎn)承載力的影響因素。

為研究工業(yè)用途的某特種鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能,該文在3個(gè)特殊構(gòu)造梁柱節(jié)點(diǎn)的循環(huán)加載試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,采用有限元軟件abaqus中的c3d8r實(shí)體單元建立模型,對(duì)該特殊構(gòu)造梁柱節(jié)點(diǎn)的滯回性能進(jìn)行了模擬分析,模型考慮了材料非線性、幾何非線性的影響。通過(guò)有限元分析與試驗(yàn)結(jié)果的比較,驗(yàn)證了有限元模型的正確性。在此基礎(chǔ)上,提取有限元模擬的局部分析結(jié)果,包括螺栓拉力的變化與節(jié)點(diǎn)組件的損傷指數(shù),進(jìn)一步為試驗(yàn)研究的最終破壞形態(tài)提供微觀的力學(xué)解釋。結(jié)果表明,試件i螺栓端板連接中梁翼緣兩側(cè)的螺栓拉力基本相同;試件i和試件ii中柱強(qiáng)軸方向連接構(gòu)造的斷裂最可能發(fā)生在連接界面處的梁下翼緣中心,試件ii和試件iii中柱弱軸方向連接構(gòu)造的斷裂最可能發(fā)生在柱翼緣端部的蓋板。研究結(jié)果可為此類特殊構(gòu)造梁柱節(jié)點(diǎn)的各個(gè)組件力學(xué)行為分析以及相關(guān)的設(shè)計(jì)方法提供一定的參考。

采用有限元軟件ansys對(duì)高韌性水泥基材料新型梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一次單調(diào)加載情況下的非線性有限元模擬。得出節(jié)點(diǎn)核心區(qū)不同體積配箍率下的梁端荷載-位移曲線,有限元分析結(jié)果和低周反復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,表明所建立的非線性有限元模型能夠比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)高韌性水泥基材料新型梁柱節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能。

結(jié)合具體工程實(shí)例,采用通用有限元分析軟件sap2000建立節(jié)點(diǎn)有限元實(shí)體分析模型,對(duì)給定荷載組合下窯尾塔架梁柱節(jié)點(diǎn)的受力性能進(jìn)行了研究,結(jié)果表明整個(gè)節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力均控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),該節(jié)點(diǎn)可以廣泛的應(yīng)用于窯尾鋼塔架的設(shè)計(jì)中。

雙重環(huán)筋加強(qiáng)式梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)非線性有限元分析——為了深入研究用雙重環(huán)筋加強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)區(qū)柱鋼管不連通式鋼管混凝土柱一梁節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能，采用tnodiana軟件對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化非線性有限元分析，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明，當(dāng)節(jié)點(diǎn)高度不太低時(shí)，非線性有限元...

單柱蓋梁柱頂彎矩折減的三維有限元分析及工程應(yīng)用——利用ansys的solide45單元建立實(shí)體單元模型，后處理中提出了實(shí)體單元彎矩提取的新方法：利用軌跡變量運(yùn)算的方法提取了蓋梁的彎矩。利用三維實(shí)體單元模型計(jì)算和珠海某橋蓋梁柱頂?shù)臏y(cè)量結(jié)果，通過(guò)實(shí)際結(jié)構(gòu)折減...

針對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點(diǎn)在震害中的脆斷破壞,利用有限元計(jì)算程序ansys對(duì)梁柱腹板連接試件模型進(jìn)行循環(huán)加載計(jì)算,通過(guò)對(duì)試件滯回特性、節(jié)點(diǎn)域應(yīng)力分布詳細(xì)研究后得出,節(jié)點(diǎn)域有較好的延性和耗能能力,并揭示了節(jié)點(diǎn)發(fā)生脆斷的原因緣于焊縫處剪應(yīng)力集中,為該種連接鋼框架的設(shè)計(jì)及理論分析提供了依據(jù).

針對(duì)適用于鋼結(jié)構(gòu)的短t型鋼連接節(jié)點(diǎn)半剛性梁柱節(jié)點(diǎn)采用理論和試驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行了分析研究。采用目前國(guó)際上比較流行的大型通用有限元軟件ansys,對(duì)t型鋼的連接節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行了三維非線性有限元分析,詳細(xì)論述了t型鋼梁柱連接的有限元分析方法,為工程中運(yùn)用有限元軟件分析提供了依據(jù)。

http://www.***.*** -1- 鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點(diǎn)有限元分析 林明森 武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢(430070) e-mail：lms1683@163.com 摘要：對(duì)規(guī)范推薦的鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行力學(xué)性能研究，在試驗(yàn)的背景下，利用 有限元分析軟件ansys9.0建模，在同時(shí)考慮幾何非線性和材料非線性下進(jìn)行有限元分析， 對(duì)比試驗(yàn)與有限元分析結(jié)果，比較模型分析截面尺寸、梁柱線剛度比、軸壓比等因素對(duì)節(jié)點(diǎn) 剛度的影響。對(duì)模型的適用性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)此節(jié)點(diǎn)的適用性及構(gòu)造提出改進(jìn)意見(jiàn)。 關(guān)鍵詞：鋼管混凝土，梁柱節(jié)點(diǎn)，有限元分析，節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能 中圖分類號(hào)：tu398+.9 0.引言 近年來(lái)，隨著高層建筑的迅速發(fā)展，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，鋼 管混凝土結(jié)構(gòu)組合形式即彌補(bǔ)鋼材和混凝土各自的缺點(diǎn)，又

通過(guò)有限元軟件ansys對(duì)設(shè)有雙t加勁板連接件的方鋼管混凝土柱—鋼梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了空間非線性分析,研究節(jié)點(diǎn)區(qū)在單調(diào)荷載和低周反復(fù)荷載作用下的受力機(jī)理,指出方鋼管混凝土柱—鋼梁節(jié)點(diǎn)具有優(yōu)良的延性及耗能能力,且加勁板的設(shè)置有效地降低了節(jié)點(diǎn)區(qū)的應(yīng)力集中。

鋼筋混凝土柱-h型鋼斜梁結(jié)構(gòu)由混凝土和鋼兩種性能差異較大的材料構(gòu)成,其受力性能相對(duì)復(fù)雜.針對(duì)大部分設(shè)計(jì)人員采用pkpm進(jìn)行該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀,筆者將ansys考慮大變形、非線性的計(jì)算結(jié)果引入.分析表明,因pkpm未考慮非線性等因素,故導(dǎo)致相同條件下水平推力和水平位移的計(jì)算結(jié)果存在較大偏差.

鋼框架柱外傳力式梁柱節(jié)點(diǎn)是一種新型節(jié)點(diǎn)形式,通過(guò)2組共4種模型的靜力加載試驗(yàn),分析增設(shè)傳力板與未增設(shè)傳力板的應(yīng)力分布和應(yīng)力發(fā)展規(guī)律,結(jié)果表明對(duì)節(jié)點(diǎn)增設(shè)傳力板有利于應(yīng)力的改善,避免梁根部應(yīng)力發(fā)展導(dǎo)致梁柱連接焊縫過(guò)早發(fā)生脆性破壞,從而對(duì)節(jié)點(diǎn)起到很好的加固和保護(hù)效果,實(shí)現(xiàn)柱外傳力,本研究可為今后節(jié)點(diǎn)的加固工程應(yīng)用提供參考依據(jù)。

鋼管混凝土柱勁性環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的有限元分析——本文利用有限元對(duì)鋼管混凝土柱勁性環(huán)梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了三維有限元分析，明確了該種節(jié)點(diǎn)的傳力機(jī)理和內(nèi)力分配，驗(yàn)證了節(jié)點(diǎn)受力性能的可靠性，得出對(duì)實(shí)際工程有一定價(jià)值的結(jié)論，對(duì)以后的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

鋼骨—鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)動(dòng)力性能的ansys有限元分析——目的確定一種新型的梁柱節(jié)點(diǎn)—鋼骨—鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下的破壞形態(tài)和滯回曲線方法，采用有限元分析軟件ansys為工作平臺(tái)，基于非線性有限元分析理論，對(duì)該新型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究。結(jié)果構(gòu)件...

根據(jù)實(shí)際工程需要,對(duì)某大廈屋頂托梁拔柱進(jìn)行加固設(shè)計(jì),同時(shí)通過(guò)靜力試驗(yàn)以及ansys有限元軟件對(duì)該設(shè)計(jì)方案中鋼梁的應(yīng)力、應(yīng)變以及變形進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明:鋼梁在最不利荷載作用下仍能在彈性范圍內(nèi)工作,其作為框架結(jié)構(gòu)的托換梁能安全地實(shí)現(xiàn)荷載的傳遞;有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,因而通過(guò)有限元分析,能較好地模擬托梁拔柱的過(guò)程中鋼梁的受力過(guò)程。

對(duì)箱型柱-h型鋼梁常規(guī)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了低周往復(fù)循環(huán)加載試驗(yàn)和基于橢球面斷裂模型及耦聯(lián)的橢球面屈服模型的數(shù)值模擬和斷裂分析。結(jié)果顯示:箱型柱對(duì)梁的強(qiáng)約束,使梁翼緣對(duì)接焊縫應(yīng)力集中嚴(yán)重,裂紋起始于幾何突變劇烈的對(duì)接焊縫側(cè)邊。箱型柱-h型鋼梁常規(guī)節(jié)點(diǎn)呈脆性斷裂,節(jié)點(diǎn)塑性轉(zhuǎn)角達(dá)不到臨時(shí)指南fema要求的0.03rad。以考慮焊接缺陷和焊接殘余應(yīng)力的結(jié)構(gòu)鋼橢球面斷裂模型為判據(jù),提出了梁翼緣擴(kuò)大頭和長(zhǎng)槽孔箱型柱-h型鋼梁節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,進(jìn)行了低周往復(fù)循環(huán)加載試驗(yàn)和數(shù)值分析。結(jié)果表明:擴(kuò)大頭構(gòu)造顯著減緩了對(duì)接焊縫側(cè)邊的應(yīng)力集中程度,長(zhǎng)槽孔促使箱型柱-h型鋼梁節(jié)點(diǎn)在梁削弱截面形成塑性鉸。當(dāng)對(duì)接焊縫擴(kuò)大頭和梁翼緣長(zhǎng)槽孔構(gòu)造參數(shù)適當(dāng)時(shí),箱型柱-h型鋼梁節(jié)點(diǎn)的塑性轉(zhuǎn)角可達(dá)到fema要求的0.03rad,承載力和常規(guī)節(jié)點(diǎn)相當(dāng)。