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對本連接節點(diǎn)進(jìn)行非線(xiàn)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(guò)調整螺栓長(cháng)度模擬高強螺栓連接并實(shí)現預加載，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，摩擦系數選定為0.4。T型鋼、方鋼管柱、H形鋼梁和高強螺栓均采用實(shí)體單元實(shí)現。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方向的轉動(dòng)，對柱頂限制x、y方向的線(xiàn)位移和x、z方向的轉角。對梁端限制其平面外的轉動(dòng)。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荷載[9]。
2BASE模型在往復荷載下的受力性能
BASE模型的彎矩-轉角滯回曲線(xiàn)如圖3，滯回曲線(xiàn)呈現梭型，且穩定飽滿(mǎn)，并隨著(zhù)梁端循環(huán)位移的不斷增大，曲線(xiàn)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，對應梁端豎向位移為49.3mm；極限彎矩為89.2kN·m，極限轉角為0.041rad，表明該節點(diǎn)具有較好的變形能力；耗能系數為2.09，表明耗能性能良好。綜上可以認為，BASE模型連接節點(diǎn)具有理想的抗震性能。節點(diǎn)的最終破壞形式為兩個(gè)T型鋼腹板根部區域發(fā)生屈服破壞。其中，能量耗散系數eC按最大荷載對應的滯回曲線(xiàn)所包圍的面積來(lái)衡量，見(jiàn)圖4所示。
3BH模型在往復荷載下的受力性能
BH250和BH300模型的彎矩-轉角滯回曲線(xiàn)如圖5與圖6�？梢�(jiàn)BH模型的滯回曲線(xiàn)趨勢與BASE模型相似，呈現飽滿(mǎn)的梭型[5]。與BASE模型對比，BH250模型的初始轉動(dòng)剛度增加了6%，BH300的初始轉動(dòng)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(shuō)明梁高度變化對節點(diǎn)的極限承載力有相當大的影響，原因是在其他條件相同的情況下，隨著(zhù)梁高度的增加，梁上下翼緣承擔的拉、壓力相應減小，因此節點(diǎn)的承載力提高；BH250模型的耗能系數增加了6.6%，BH300模型的耗能系數增加了7.6%。綜上可得，梁高度的變化對整個(gè)節點(diǎn)的承載能力有明顯影響，對最初始轉動(dòng)剛度、耗能能力影響較小，因此適當提高梁高度有助于節點(diǎn)承載能力的提高。
4LTW模型在往復荷載下的受力性能
LTW240和LTW280模型的滯回曲線(xiàn)如圖7和圖8�？梢�(jiàn)LTW240模型的滯回曲線(xiàn)趨勢與BASE模型相似，呈梭型，較飽滿(mǎn)。與BASE模型對比，LTW240的初始轉動(dòng)剛度增加了29%，極限承載力與BASE模型基本相同，耗能系數增加了7.6%。LTW280模型的滯回曲線(xiàn)與BASE模型差別較大，呈尖弓型。與BASE模型對比，LTW的初始轉動(dòng)剛度減少了88%，剛度嚴重下降，原因是當施加荷載時(shí)，由于T型鋼腹板過(guò)長(cháng)，力矩過(guò)大，彎矩過(guò)大，造成T型鋼的剛度急劇下降，導致整體剛度嚴重下降，因此曲線(xiàn)呈尖弓型，耗能性能較差，不具備實(shí)際研究意義。綜上可得，適當改變腹板長(cháng)度，對提高耗能性能有一定影響，過(guò)大增加腹板長(cháng)度，會(huì )造成剛度的急劇下降，因此在對腹板長(cháng)度進(jìn)行改動(dòng)是要適量[10]。
5結論
利用有限元分析軟件ABAQUS對不同尺寸構件的連接節點(diǎn)在往復荷載下的力學(xué)性能進(jìn)行分析，得出梁高度的變化對整個(gè)節點(diǎn)的承載能力有明顯影響，對最初始轉動(dòng)剛度、耗能能力影響較��；T型鋼腹板對節點(diǎn)的初始轉動(dòng)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(guò)長(cháng)，會(huì )造成節點(diǎn)的初始剛度嚴重下降。因此在設計節點(diǎn)時(shí)可根據情況變化梁高度，并在初始轉動(dòng)剛度允許范圍內，適當改變T型鋼腹板的長(cháng)度尺寸。
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