端板連接節點有限元研究

張富嬌 霍志偉

摘? 要：為了研究ABAQUS有限元軟件對端板連接節點建模的可靠性，利用對比建模所得結果和試驗結果的方法，驗證其正確性。主要對比了試件的破壞形態、滯回曲線和極限承載力。結果表明：ABAQUS有限元軟件建模分析得出的結果與試驗得出的結果基本一致，從而證明了有限元建模的可靠性，可以用有限元軟件分析的方法對試件進行深入的研究。

關鍵詞：端板連接;有限元軟件;試驗;滯回性能;極限承載力

中圖分類號：TU391 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）08-0053-02

Abstract： In order to study the reliability of end-plate connection modeling by ABAQUS finite element software， the correctness of the model is verified by comparing the modeling results with the experimental results. The failure modes， hysteretic curves and ultimate bearing capacity of the specimens are compared. The results show that the results of ABAQUS finite element software modeling and analysis are basically consistent with the experimental results， which proves the reliability of finite element modeling， and the finite element software analysis method can be used to carry out in-depth study of the specimen.

Keywords： end-plate connection; finite element software; test; hysteretic performance; ultimate bearing capacity

前言

鋼材是一種綠色環保的可持續發展材料，鋼結構是一種可以拆卸的結構形式，應用范圍極廣，在抗震設防要求高的地區和重型工業廠房、高層房屋結構、大跨度結構、高聳結構等結構體系中占著十分重要的角色。清華大學施剛[1]對端板連接節點進行了試驗，研究了不同條件對節點抗震性能的影響。目前ABAQUS有限元軟件[2]經常用于對構件的研究，而利用有限元軟件對端板連接節點進行的研究比較少，研究有限元軟件的可靠性具有十分重要的意義。

本文通過對比建模所得結果和試驗結果來驗證有限元軟件建模的正確性，主要對比了試件的破壞形態、滯回曲線和極限承載力。

1 試件設計

端板連接節點的梁截面尺寸為300×200×8×12，柱截面尺寸為300×250×8×12，端板截面尺寸為500×200×20，柱加勁肋截面尺寸為209×144×12，梁長度為1200mm，柱高度為2000mm，鋼材選用Q345B，螺栓均采用10.9級M20高強螺栓。

2 有限元模型建立

該端板連接節點的模型網格劃分采用C3D8R單元，具體的網格劃分見圖1。

3 邊界條件及加載

在節點柱頂x、y方向和柱底x、y、z方向施加約束，在x=0的邊界面上施加對稱約束。將低周循環位移荷載施加在梁柱端板連接的梁端處。先將梁端面上的所有節點進行連續耦合，再將位移循環荷載施加在耦合面的主節點上。加載制度如表1。

4 結果對比

4.1 破壞形式對比

節點的破壞形式如圖2（a）所示，由實驗結果圖可知，受拉區端板與柱翼緣之間產生縫隙，螺栓被拉斷，受壓區縫隙不明顯，同時柱腹板上的鐵銹發生脫落，說明在循環加載作用下節點域的受力較大。有限元模擬的結果如圖2（b）所示，從應力云圖中可以看出，梁與柱連接處所受的應力較大，受拉區的螺栓受力較大，最先被破壞，且在柱腹板處的節點域所受的應力明顯大于其他的地方，這和試驗結果是一致的。

4.2 滯回性能對比

有限元分析結果和試驗分析結果的滯回曲線如圖3所示。

對比圖3（a）（b），可以得出有限元模擬所得的滯回曲線比較飽滿，而試驗所得的滯回曲線比較扁長，這是因為試驗中試件受焊縫的影響而在有限元模擬中忽略了焊縫缺陷所帶來的影響。

4.3 極限承載力對比

有限元分析結果和試驗分析結果的極限承載力如表2所示。

從數據對比來看，試驗中試件的極限承載力為288.4kN，而從有限元模型分析得出的試件極限承載力為325.7kN，兩種分析方法得到的同一試件的極限承載力相差值在15%以內。

5 結論

通過將有限元模型的分析結果與試驗結果進行對比，得出有限元建模方法的可行性，由以上對比的試件破壞形式、滯回曲線和極限承載力結果，發現通過有限元建模分析得出的結果與試驗得出的結果基本一致，證明了有限元建模的正確性，可以用有限元軟件分析的方法對試件進行深入研究。

參考文獻：

[1]施剛.鋼框架半剛性端板連接的靜力和抗震性能研究[D].北京：清華大學，2004.

[2]劉展.ABAQUS6.6基礎教程與實例詳解[M].北京：中國水利水電出版社，2008.