维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第４期 山 西 建 筑 Ｖ０Ｌ ３３Ｎｏ．４ ２ ０ ０ ７年２月 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｆｅｂ．２００７ ・７３・ 文章编号：１００９ ６８２５１２００７１０４—００７３—０２ 上下角钢半刚性梁柱节点的非线性分析 向 芳詹根华杨文领 摘要：对上下翼缘角钢半刚性连接采用非线性有限元软件ＡＮＳＹＳ￣ 了精细分析，得出连接的弯矩转角曲线，并进 一步探讨了上下翼缘角钢半刚性连接节点的受力性能，为今后半刚性梁柱连接的设计提供了有价值的结果。 关键词：上下角钢，有限元分析方法，梁柱节点 中图分类号￣ＴＵ３７５ ３ 文献标识码：Ａ 引言 柱腹板的中心线取对称，模拟１／４模型。由于钢结构梁、柱的板 梁柱节点是钢框架中的关键连接部分，其连接性能直接影响 件较薄，而六面体单元的三个方向的尺寸不能悬殊太大，板的厚 整个框架在荷载作用下的整体行为。试验研究表明，实际工程中 度成为制约单元划分多少的重要因素。所有规则划分的六面体单 运用的全部连接形式所具有的刚度，都处在完全刚性和理想铰接 元的其他两个方向的长度均大致取为板的厚度。在连接节点区， 这两种极端情况之间，即半刚性连接ｌｌ。３］。上下角钢粱柱连接作 由于螺栓开洞的影响，为规则划分带来了很大的困难，改为自由划 为一种典型的半刚性连接，由于其用料省，施工快捷，节点具有良 分。上下翼缘角钢梁柱连接节点的有限元网格划分如图４所示。 好的延性和耗能能力而受到越来越广泛的关注。由于组成这种 ８００ 节点材料本身的不连续，节点是由高强螺栓、型钢、角钢等组合而 ６００ 成，在不同荷载的作用下会产生滑移和挫动。节点任一几何参数 的变化将导致其力学性能发生变化。 ４０。 理 １有限元分析模型 ２００ 文中采用有限元软件ＡＮＳＹＳ对如图１所示的上下角钢连接 ０ ０ ０（１２０．ｆ１０４ ０．００６ ０ ００Ｂ ｎ０１０ ０ ０１２ 节点进行了分析，节点模型尺寸见表１，其中模型ｌ１与模型３３为 ０ ００ｌ ０．啦０．瞄０ ０． ０． 应变 应变 未施加预拉力的相应模型。为了验证分析的可靠性，采用双线性 圈２ 粱柱及角钢应力一应变曲线 圈３ 高强螺栓应力一应变曲线 强化材料模型来精确模拟结构材料的力与变形之间的关系。对 梁、柱及拼接件角钢采用双线性应力应变材料的Ｓｏｌｉｄ４５单元模 拟，如图２所示。对螺栓头、栓杆、螺帽采用另一种双线性应力应 变材料的Ｓｏｌｉｄ４５单元模拟，如图３所示 在角钢和柱翼缘接触 面以及角钢和梁翼缘接触面之间采用Ｃｏｎｔ￣ｃｔ１７４单元和Ｔａｒ— ｇｅｔｌ７０单元建立接触对。通过预拉单元Ｐｒｅｔｓ１７９对高强螺栓施 加预拉力。 圈４节点模型网格划分 ３求解 文中研究不考虑几何缺陷的影响，也不考虑诸如螺栓洞口边 缘的非线性或者由于螺栓撬力的大小不均匀所引起角钢的应力 变化。剪力通过施加预拉力的螺栓来传递，同时假设螺栓在洞边 圈１ 上下角钢梁柱节点模型 界没有接触。采用前置条件共轭梯度法（ＰＣＧ）求解器来对联立 裹１节点模型尺寸 方程组进行求解。对梁的两端施加铰接约束，沿粱、柱的腹板中 心线分别施加对称约束。外力以位移的方式施加于短柱端头板 模型 上下翼缘角钢 角钢型号 ｇ／ｎｕｎ 螺栓直径／ｍｍ 的中心节点上。首先对高强螺栓施加预拉力，划分十个子步。第 １．１１ ２Ｌ６Ｘ４）（３／８ 二个荷载步对柱顶施加位移，同时分为若干子步。每一子步都写 ２ ２Ｌ６Ｘ４Ｘ１／ｚ ６４ 入结果文件，以确保能够比较完整的记录节点的弯矩一转角曲 ３，３３ ２Ｌ６Ｘ４Ｘ３／ｄ ２２ ４ ２Ｌ６Ｘ３１／２Ｘ３／８ ５１ 线。迭代时采用更新的拉格朗日列式，三阶高斯积分。每一子步 ５ ２Ｌ６ ）（３／８ １１４ 的迭代收敛精度取为０．５％。每一个荷载步写成一个荷载步文 ６ ２Ｌ６Ｘ４Ｘ￣／２ ６４ １９ 件，依次写入所有的荷载步文件，并一次全部求解。 ２模型网格划分 ４计算结果 为了节约计算时间，对整个试件沿粱高方向的腹板中心线及 通过ＡＮＳＹＳ有限元分析，可以得到上下翼缘角钢梁柱半刚 收稿日期：２００６—０８—０３ 作者简介：向芳（１９８０ ），女，讲师，浙江建设职业技术学院，浙江杭州３１１２３１ 詹根华（１９８０ ），男，工程师，杭州建工集团有限责任公司，浙江杭州３１０００４ 杨文领（１９８０一），男，讲师，浙江建设职业技术学院，浙江杭州３１１２３１ 维普资讯 http://www.cqvip.com ｇ．荟 目∞ｍ∞ ∞ 回卯柏∞加坩０ ・蚰∞ ∞７４－ 第３３卷第４期 ２ ０ ０ ７年２月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲｃＨＩＴＥ ｎ ＪＲＥ Ｖ０１．３３ Ｎｏ．４ Ｒ出＋２００７ 文章编号：１００９ ６８２５［２００７）０４—００７４—０３ 预应力混凝土连续弯箱梁横向计算与施工 吴 勇 摘要：介绍了预应力混凝土连续弯箱梁的设计特点，对粱式桥横向计算的基本原理和步骤以及施工注意事项进行了探 ｇ．∞ｍ∞ ∞讨，以供广大工程技术人员参考。 关键词：预应力混凝土连续弯箱粱，结构设计。横向计算 中圈分类号：ＴＵ３７５．１ 文献标识码：Ａ ． １概述 ２．１横向计算的目的 国道主干线重庆至湛江公路（贵州境）崇溪河至遵义高速公 通常预应力混凝土连续梁桥在进行纵向计算分析时是将结 路忠庄互通式立交匝Ｂ跨线桥；桥型结构：上部构造：（２５＋４×３０ 构简化为单个纵向梁按有限元平面杆系进行计算，其横向仅考虑 ＋２５）ｍ预应力混凝土连续弯箱梁。曲线半径；６５ ｍ。下部构 横向分布影响，没有进行横向计算。因此，无法知道箱梁截面的 造：桥台为重力式Ｕ型台，桥墩为独柱墩和钢筋混凝士矩形双柱 横向受力状态，也无法进行配索及配筋的设计。为进一步了解横 墩。技术指标：设计荷载：汽车一超２０级、挂车－－１２０，桥面净宽： 向受力以及合理的横向配筋和配束，有必要进行箱粱的横向计算。 净一７．５ｍ～７．７５ｍ，桥下净空：大于５．０ｍ；车道：单向双车道；计 ２．２横向计算的原理和基本内容 算行车速度：４０ ｋｍ／ｈ。 横向计算的方法为框架分析法，其原理为：在箱粱的长度方 ２预应力混凝土连续弯箱梁的横向计算 向上截取单位长度的薄片框架，利用结构力学方法进行分析，但 性节点的弯矩一转角曲线。文中通过改变拼接件角钢的厚度、螺 ５．结语 栓直径、角钢竖肢中螺杆轴线至梁翼缘间的距离以及连接是否施 模型１，２采用的计算模型其计算结果与试验结果相比较，误 加预拉力来考察各种因素对节点的受力性能的影响。ＡＮＳＹＳ模 差在允许范围内，从而说明了分析的可靠性，给今后的试验研究 拟分析得到的梁柱节点弯矩—转角曲线如图５所示。 和工程应用带来极大的方便。由以上计算分析可知，影响上下翼 缘角钢半刚性节点受力性能的因素较多。对于不同的构造，节点 的初始剐度及极限承载力相差较大。 １）角钢为梁柱连接节点的薄弱环节，增加角钢的厚度可以明 显提高连接节点初始转动刚度和极限抗弯承载力。 ２）与柱翼缘相连的螺栓杆轴线到角钢肢背间的距离（见图１） 对节点的承载力影响较大，节点的抗弯承载力随着值的增大而减 小。因此，在实际的梁柱节点设计中，高强螺栓在满足排列和构 造要求的前提下，应尽量靠近梁受拉翼缘布置。 ３）螺栓直径越大，节点的极限抗弯承载力越高。 ４）预拉力的施加有利于提高节点的初始转动刚度，但承受弯 矩的能力随着转角的增大而逐渐接近。 参考文献： ［１］陈惠发，周绥平．钢框架稳定设计［Ｍ］．上海：世界图书出版公 司，１９９９． ［２］顾正维，孙炳楠，童根树．螺栓角钢钢节点的三雏非线性有限 Ｏ．Ｏｏ５ Ｏ．ｍ５ 元分析［Ｊ］．钢结构，２００３，２（１８）：４８—５２． 转角／ｒａｄ ｃＪ ［３］陈绍蕃．门式刚架端板螺栓连接的强度和刚度［Ｊ］．钢结构， 图５ 各节点模型的弯矩一转角曲线 ２０００，１（１５）：６—１１． Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｊｏｉｎｔ ｏｆ ｕｐ－ｄｏｗｎ ｓｔｅｅｌ ａｎｇｌｅ ｓｅｍｉ－ｒｉｇｉｄ ｂｅａｍ－ｃｏｌｕｍｎ ＸＩＡＮＧＦａｎｇ ＺＨＡＮＧｅｎ－ｈｕａ ＹＡＮＧＷｅｎ－ｌｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｆｉｎｉｔｅ ｄｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ－ＡＮＳＹＳ ｕｐ－ｄｏｗｎ ｓｔｅｅｌ ａｎｇｌｅ ｓｅｍｉ—ｒｉｇｉｄ ｂｅ／ｉｎｌ－ｃｏｌｕｍｎ ｉｓ ａ ｄｙｚｅｄ＋Ｍｏｍｅｎｔ ｒｏｔａ— ｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｏｃｎｎｅｃｔｉｏｎ ｉＳ ｏｂｔａｉｎｅｄ＋Ｆｕｒｔｈｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ａｌｓｏ ｍａｄｅ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆ０ｌ彻ａｎｏｅｓ ｏｆ ｏｃｎｎｅｃｔｉｏｎ ｊｏｉｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｏｌｕｍｎ ａｎｄ ｂｅａｍ，ｗｈｉｃｈ ｐｍｖｉｄｅｓ ｇｃｘ￣ｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｅｍｉ—ｒｉｇｉｄ ｂｅａｍ—ｃｏｌｕｍｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｐ—ｄｏｗｎ ｓｔｅｅｌ ａｎｇｌｅ，ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｓｙｉｓ ｍｅｔｈｏｄ，ｊｏｉｎｔ ｏｆ ｂｅａｍ ｎａｄ ｃｏｌｕｍｎ 收稿日期：２００６ ０８ ２３ 作者简介：吴勇（１９７４一），男，工程师，贵州省交通规划勘察设计研究院，贵州贵阳５５０００１