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梁柱外伸端板连接性能的有限元分析

发布于:2016-04-06 20:43
有限元分析

      在钢结构工程中采用高强度螺栓的外伸式端板连接,具有避免现场焊接、安装方便、施工快捷等优点。但由于组成板件的弯曲变形与螺栓受拉变形等,连接在承受弯矩时,梁与柱之间夹角会发生改变,属于典型的半刚性连接。与传统的完全刚接和理想铰接相比,半刚性连接可优化框架梁的弯矩分布,带来一定的经济效益,但由于缺乏半刚性连接的计算理论和方法,我国目前都是将端板连接假定为完全刚性连接进行有限元分析,半刚性连接带来的经济效益得不到应用,同时结构分析模型与实际情况存在差异,导致结构设计存在一定的安全隐患。要在结构分析和设计中考虑连接性能的影响,必须预先确定连接的弯矩—转角关系曲线。半刚性连接性能在我国的研究刚刚开始,目前规范没有给出确定该曲线的方法。
      试验无疑是研究梁柱连接性能最直接、最符合实际的方法,但费用较高,只能在小范围内有重点地进行,而影响连接弯矩—转角性能的因素又比较多,试验难以得到足够的可供统计分析的数据。现代有限元方法的发展和计算技术的提高,为研究节点连接性能提供了一种新途径.国外采用有限元方法研究端板连接的受力性能始于20世纪70年代后期,而国内直到2000年才开始开展此方面的研究。
      早期的端板连接有限元分析模型忽略了许多因素,板件一般采用平面应力单元或壳单元,通常忽略螺栓和头螺母、不开螺栓孔、螺杆采用杆单元等。至90年代后期,端板连接有限元分析模型才日趋完善,但由于连接几何组成和受力复杂,仍存在一定问题。例如,随着被连接板件厚度增加,分析结果和试验差别越来越大,分析时极限状态的判定多数是根据数值稳定性,分析所得连接延性远远高于试验结果等。对以上问题进行分析,发现中等厚度和较厚端板的连接对螺栓的模拟要求较高,并根据精确有限元结果给出适用于连接分析的改进螺栓模型,利用改进模型还可从应变水平来确定连接的极限状态。
      尽管有限元能够准确计算连接弯矩—转角关系曲线,但仍需要花费较多的计算时间,不便于日常设计应用。描述连接弯矩—转角关系最常用的办法,是将试验数据拟合成为简单的表达式,目前已有多种描述连接弯矩-转角关系的表达式,但从结构分析角度来看其中三参数指数模型优点突出,其切线刚度和相对转角可用公式表达,而不需要迭代。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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