土木工程學(xué)科有限元分析論文

　　1有限元模型模型的建立

　　采用大型有限元分析軟件ABAQUS對本連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行非線性有限元分析。T型鋼與方鋼管采用Tie模擬焊接；T型鋼與梁采用BoltForce通過調(diào)整螺栓長度模擬高強(qiáng)螺栓連接并實(shí)現(xiàn)預(yù)加載，考慮到栓帽與T型鋼腹板、螺母與梁翼緣、梁翼緣與T型鋼腹板的摩擦，摩擦系數(shù)選定為0.4。T型鋼、方鋼管柱、H形鋼梁和高強(qiáng)螺栓均采用實(shí)體單元實(shí)現(xiàn)。模擬邊界條件采用對柱底限制x、y和z方向的位移和x、z方向的轉(zhuǎn)動，對柱頂限制x、y方向的線位移和x、z方向的轉(zhuǎn)角。對梁端限制其平面外的轉(zhuǎn)動。BASE模型中對柱頂施加軸壓比為0.2的軸向壓力，對鋼梁的懸臂端施加z方向位移控制的往復(fù)荷載[9]。

　　2BASE模型在往復(fù)荷載下的受力性能

　　BASE模型的彎矩-轉(zhuǎn)角滯回曲線如圖3，滯回曲線呈現(xiàn)梭型，且穩(wěn)定飽滿，并隨著梁端循環(huán)位移的不斷增大，曲線整體剛度不斷降低；梁端的極限承載力為74.361kN，極限承載力良好，對應(yīng)梁端豎向位移為49.3mm；極限彎矩為89.2kN·m，極限轉(zhuǎn)角為0.041rad，表明該節(jié)點(diǎn)具有較好的變形能力；耗能系數(shù)為2.09，表明耗能性能良好。綜上可以認(rèn)為，BASE模型連接節(jié)點(diǎn)具有理想的抗震性能。節(jié)點(diǎn)的最終破壞形式為兩個T型鋼腹板根部區(qū)域發(fā)生屈服破壞。其中，能量耗散系數(shù)eC按最大荷載對應(yīng)的滯回曲線所包圍的面積來衡量，見圖4所示。

　　3BH模型在往復(fù)荷載下的受力性能

　　BH250和BH300模型的彎矩-轉(zhuǎn)角滯回曲線如圖5與圖6�？梢夿H模型的滯回曲線趨勢與BASE模型相似，呈現(xiàn)飽滿的梭型[5]。與BASE模型對比，BH250模型的初始轉(zhuǎn)動剛度增加了6%，BH300的初始轉(zhuǎn)動剛度增加了16%；BH250模型的極限承載力增加了30%，BH300模型的極限承載力增加了45%，說明梁高度變化對節(jié)點(diǎn)的極限承載力有相當(dāng)大的影響，原因是在其他條件相同的情況下，隨著梁高度的增加，梁上下翼緣承擔(dān)的拉、壓力相應(yīng)減小，因此節(jié)點(diǎn)的承載力提高；BH250模型的耗能系數(shù)增加了6.6%，BH300模型的耗能系數(shù)增加了7.6%。綜上可得，梁高度的變化對整個節(jié)點(diǎn)的承載能力有明顯影響，對最初始轉(zhuǎn)動剛度、耗能能力影響較小，因此適當(dāng)提高梁高度有助于節(jié)點(diǎn)承載能力的提高。

　　4LTW模型在往復(fù)荷載下的受力性能

　　LTW240和LTW280模型的滯回曲線如圖7和圖8�？梢奓TW240模型的滯回曲線趨勢與BASE模型相似，呈梭型，較飽滿。與BASE模型對比，LTW240的初始轉(zhuǎn)動剛度增加了29%，極限承載力與BASE模型基本相同，耗能系數(shù)增加了7.6%。LTW280模型的滯回曲線與BASE模型差別較大，呈尖弓型。與BASE模型對比，LTW的初始轉(zhuǎn)動剛度減少了88%，剛度嚴(yán)重下降，原因是當(dāng)施加荷載時，由于T型鋼腹板過長，力矩過大，彎矩過大，造成T型鋼的剛度急劇下降，導(dǎo)致整體剛度嚴(yán)重下降，因此曲線呈尖弓型，耗能性能較差，不具備實(shí)際研究意義。綜上可得，適當(dāng)改變腹板長度，對提高耗能性能有一定影響，過大增加腹板長度，會造成剛度的急劇下降，因此在對腹板長度進(jìn)行改動是要適量[10]。

　　5結(jié)論

　　利用有限元分析軟件ABAQUS對不同尺寸構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)在往復(fù)荷載下的力學(xué)性能進(jìn)行分析，得出梁高度的變化對整個節(jié)點(diǎn)的承載能力有明顯影響，對最初始轉(zhuǎn)動剛度、耗能能力影響較��；T型鋼腹板對節(jié)點(diǎn)的初始轉(zhuǎn)動剛度影響較大，對極限承載力及耗能能力影響較小。T型鋼腹板過長，會造成節(jié)點(diǎn)的初始剛度嚴(yán)重下降。因此在設(shè)計節(jié)點(diǎn)時可根據(jù)情況變化梁高度，并在初始轉(zhuǎn)動剛度允許范圍內(nèi)，適當(dāng)改變T型鋼腹板的長度尺寸。

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