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梁柱外伸端板連接性能的有限元分析

發布于:2016-04-06 20:43
有限元分析

      在鋼結構工程中采用高強度螺栓的外伸式端板連接,具有避免現場焊接、安裝方便、施工快捷等優點。但由于組成板件的彎曲變形與螺栓受拉變形等,連接在承受彎矩時,梁與柱之間夾角會發生改變,屬于典型的半剛性連接。與傳統的完全剛接和理想鉸接相比,半剛性連接可優化框架梁的彎矩分布,帶來一定的經濟效益,但由于缺乏半剛性連接的計算理論和方法,我國目前都是將端板連接假定為完全剛性連接進行有限元分析,半剛性連接帶來的經濟效益得不到應用,同時結構分析模型與實際情況存在差異,導致結構設計存在一定的安全隱患。要在結構分析和設計中考慮連接性能的影響,必須預先確定連接的彎矩—轉角關系曲線。半剛性連接性能在我國的研究剛剛開始,目前規范沒有給出確定該曲線的方法。
      試驗無疑是研究梁柱連接性能最直接、最符合實際的方法,但費用較高,只能在小范圍內有重點地進行,而影響連接彎矩—轉角性能的因素又比較多,試驗難以得到足夠的可供統計分析的數據。現代有限元方法的發展和計算技術的提高,為研究節點連接性能提供了一種新途徑.國外采用有限元方法研究端板連接的受力性能始于20世紀70年代后期,而國內直到2000年才開始開展此方面的研究。
      早期的端板連接有限元分析模型忽略了許多因素,板件一般采用平面應力單元或殼單元,通常忽略螺栓和頭螺母、不開螺栓孔、螺桿采用桿單元等。至90年代后期,端板連接有限元分析模型才日趨完善,但由于連接幾何組成和受力復雜,仍存在一定問題。例如,隨著被連接板件厚度增加,分析結果和試驗差別越來越大,分析時極限狀態的判定多數是根據數值穩定性,分析所得連接延性遠遠高于試驗結果等。對以上問題進行分析,發現中等厚度和較厚端板的連接對螺栓的模擬要求較高,并根據精確有限元結果給出適用于連接分析的改進螺栓模型,利用改進模型還可從應變水平來確定連接的極限狀態。
      盡管有限元能夠準確計算連接彎矩—轉角關系曲線,但仍需要花費較多的計算時間,不便于日常設計應用。描述連接彎矩—轉角關系最常用的辦法,是將試驗數據擬合成為簡單的表達式,目前已有多種描述連接彎矩-轉角關系的表達式,但從結構分析角度來看其中三參數指數模型優點突出,其切線剛度和相對轉角可用公式表達,而不需要迭代。


                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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