方钢管柱-H型钢梁外加环式不等高梁节点非线性有限元分析

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伴随着经济社会的飞速发展,人们的生活质量逐步提升,绿色环保成为了这个时代的主题,所以钢结构建筑逐步走入人们的视线。而由于钢结构建筑功能分区的不同,节点柱两侧梁的跨度往往会存在差异。基于结构功能和工程经济方面考虑,本文提出了在跨度较小的一侧选用梁高较小的H型钢梁,将原有不等跨结构的等高梁节点形式变为左右梁高不同的异形节点,称之为不等高梁节点。基于已有不等高梁节点的试验研究成果,首先通过有限元软件ABAQUS进行有限元验证;在确保有限元模型的可靠性后,对不等高梁节点的梁高比、柱宽厚比、轴压比、梁柱宽度比、梁翼缘宽厚比、梁腹板高宽比以及节点域高宽比7参数进行了有限元分析,比较单调加载条件下各参数对不等高梁节点域的破坏(屈服)模态、抗剪承载力、剪切力-剪切变形曲线(V-θ曲线)的初始刚度、屈服点及塑性点处应力分布状态的影响。得到以下主要结论:(1)不等高梁节点有限元模型在单调荷载作用下的节点域V-θ曲线与试验骨架曲线吻合度较高,有限元参数分析用单调加载替代试验原有的往复加载,分析各参数对节点域受力性能的影响。(2)节点形式由等高梁节点调整为不等高梁节点时,节点域抗剪承载力的下降明显,而梁高比的降低对不等高梁节点域抗剪承载力影响不明显;节点域初始刚度随梁高比的减小没有明显变化;节点域区域的高应力区面积随着梁高比的减小逐步减小,但节点在屈服点与塑性点处的高应力区面积受柱宽厚比影响较大,柱宽厚比越大的节点其高应力区面积越大;且节点域抗剪承载力以及初始刚度随着柱宽厚比的增加逐步减小。(3)随着轴压比的增加,节点域抗剪承载力逐渐降低,节点域初始刚度变化不明显。高轴压比促使整个节点域提前进入屈服状态,但不同柱宽厚比的节点进入整体屈服所需轴压比并不相同,柱宽厚比越小所需轴压比会越大。(4)不等高梁节点梁柱宽度比增加,节点域抗剪承载力会增加,初始刚度和高应力分布无明显变化;梁翼缘宽厚比越小的不等高梁节点,节点域承载力越高,但节点域初始刚度变化不大,随着梁翼缘宽厚比的减小,节点域高应力区由节点域1逐步向节点域2延伸,并最终促使整个节点域进入屈服状态;梁腹板高宽比的改变对节点受力性能基本没有影响;节点域高宽比增加,节点域抗剪承载力有略微减小,初始刚度和高应力分布无明显变化。(5)不等高梁节点在塑性点处出现节点域整体屈服与局部屈服两种屈服状态,主要受柱宽厚比、轴压比以及梁翼缘宽厚比的影响。
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