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（1．安徽省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，合肥230022;2．安徽工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，安徽馬鞍山 243032：3．中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院有限公司，沈陽(yáng)  110006；4安徽工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，安徽馬鞍山  243032）

摘要：通過(guò)有限元軟件ABAQLS分析腹板單角鋼的連接性能，主要分析連接的初始剛度和變形能力，并提出腹板單角鋼半剛性連接的初始剛度和變形能力的計(jì)算式將計(jì)算式與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，二者吻合較好，驗(yàn)證了提出的腹板單角鋼的半剛性連接計(jì)算式的有效性

關(guān)鍵詞：?jiǎn)谓倾~腹板連接；有限元；初始剛度；變形能力

DOI:10. 13206/j.gjg201604003

 鋼框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接性能直接影響到框架的受力性能。目前，常見(jiàn)的鋼結(jié)構(gòu)連接方式有單角鋼腹板連接、雙角鋼腹板連接、腹板單板連接、上下翼緣角鋼連接、帶腹板雙角鋼的上下翼緣角鋼連接、T型鋼連接等。在鋼框架的傳統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)中，通常是將鋼框架的梁柱節(jié)點(diǎn)連接假設(shè)成完全剛接或理想鉸接，完全剛接假定認(rèn)為框架發(fā)生變形時(shí)梁柱之間沒(méi)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，其夾角保持不變，而理想鉸接的假定認(rèn)為梁與柱之間不能傳遞彎矩，并且鉸接在一起的梁與柱將獨(dú)立地發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。然而無(wú)論是在鋼框架的施工還是試驗(yàn)中，各國(guó)學(xué)者們都發(fā)現(xiàn)實(shí)際的鋼框架連接方式往往介于兩者之間，既不是完全剛性連接，又不是完全鉸接連接，呈半剛性連接方式。相關(guān)的學(xué)者對(duì)半剛性連接方式進(jìn)行了大量的研究。腹板單角鋼連接是一種典型的半剛性連接，因安裝方便等優(yōu)點(diǎn)受到了工程界的關(guān)注，然而國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)腹板單角鋼連接的研究并不多見(jiàn)。

1  有限元模型

 腹板單角鋼連接在彎矩作用下，角鋼發(fā)生變形，從而引起梁產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，如圖1所示。本文腹板單角鋼連接模型的梁柱截面分別為H824×200× 32×32、H440×300× 32×32，梁長(zhǎng)1 500 mm，柱高1 500 mm。連接角鋼規(guī)格為L(zhǎng) 102  ×102×5.5.L 102× 102×9.5、L125× 125×5.5和L125 x125 x9.5，螺栓直徑D= 19 mm，柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域設(shè)置橫向加勁肋，厚度為12 mm。柱兩端為固定約束條件，梁端施加豎向荷載。

 采用ABAQUS軟件對(duì)腹板單角鋼半剛性連接進(jìn)行分析，梁、柱、角鋼及螺栓采用實(shí)體單元C3D8進(jìn)行模擬，如圖2所示。鋼梁、鋼柱及角鋼材料均采用Q235，屈服強(qiáng)度f(wàn) y=235 M Pa，采用理想彈塑性應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線，螺栓為10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓摩擦型連接。鋼材彈性模量E=2. 06×105 M Pa，泊松比μ=0.3，服從von M ises屈服準(zhǔn)則。

2初始剛度

 國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的單角鋼腹板連接的初始剛度計(jì)算式并不多見(jiàn)。1990年美國(guó)Kishi and Chen等首次提出了單角鋼腹板連接的初始剛度的計(jì)算式：

 2006年，Yang and Lee等在kishi and Chen模型的基礎(chǔ)上提出了新的計(jì)算式：

 然而這些模型的精確性有限。為了進(jìn)一步提高工程的適用性，本文采用有限元軟件ABAQUS分析了腹板單角鋼連接的連接性能。計(jì)算表明：腹板單角鋼連接的初始剛度和n2 t3 /β2的值具有很好的線性關(guān)系，如圖3所示，因此，可用式(3)計(jì)算其初始剛度：

式中：n為螺栓個(gè)數(shù)。

 為了進(jìn)一步驗(yàn)證式(3)的精確性，本文選取了Lipson的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

從表1可以看出Kishi和Chen的式(1)誤差為79. 03%，Yang和Lee的式(2)誤差為93. 56%，本文建議的式(3)誤差僅為22.  86%。建議的初始剛度計(jì)算式與試驗(yàn)值吻合較好。

3變形能力

 為了進(jìn)一步驗(yàn)證式(4)的精確性，本文選取了Lipson的部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如表2

所示。從表2可以看出建議的式(4)誤差僅為3. 33%。建議的變形能力計(jì)算式與試驗(yàn)值吻合較好。