黃俊飛

(西南交通大學(xué)，四川成都 610031))

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)由于其輕質(zhì)高強(qiáng)的特點在各類建筑結(jié)構(gòu)中廣泛使用。鋼結(jié)構(gòu)中梁柱連接節(jié)點形式眾多，其中T型鋼連接半剛性節(jié)點將梁柱通過T型連接件和螺栓連接起來，便于加工安裝，且避免了焊接帶來的殘余應(yīng)力等不利影響，具有很好的應(yīng)用前景。

鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點區(qū)域往往受力復(fù)雜，需要保證節(jié)點具有良好的變形能力和承載能力。目前研究T型鋼連接半剛性節(jié)點的承載能力和抗震性能的方法主要有試驗方法，數(shù)值方法。Popov[1]等通過對T型鋼連接半剛性節(jié)點進(jìn)行低周往復(fù)加載試驗，發(fā)現(xiàn)加載后期T型連接件翼緣屈服與柱分離，節(jié)點具有良好的耗能能力。Latour[2]等分析得出T型鋼連接節(jié)點比焊縫連接節(jié)點等其他傳統(tǒng)節(jié)點耗能性能強(qiáng)，同時提出了T型鋼連接節(jié)點在往復(fù)荷載下的受力性能理論模型。戴紹斌[3]等通過擬靜力試驗研究T型鋼連接節(jié)點，提出T型件翼緣剛度不同對延性影響較大。鄭小偉[4]對T型鋼連接節(jié)點施加低周往復(fù)荷載，分析了各試件的破壞特征和破壞機(jī)理，并探討了影響節(jié)點滯回性能的決定因素，典型破壞模式為T型鋼翼緣破壞，T型鋼尺寸對節(jié)點性能影響較大。

本文利用有限元軟件ADINA，選用雙線性隨動強(qiáng)化材料模型，建立了有限元模型，改變T型鋼連接件翼緣的厚度，建立了不同模型，研究了T型鋼連接件翼緣厚度對節(jié)點破壞形態(tài)和承載力的影響。

1 試驗簡介

圖1展示了試件安裝及加載裝置[5]。通過T型鋼連接件及高強(qiáng)螺栓將梁柱連接起來，試件BASE尺寸如圖2所示，梁柱及T型鋼均采用Q235鋼材，螺栓為10.9級高強(qiáng)螺栓。試件柱腳用高強(qiáng)螺栓連接到置有壓梁的鋼梁上，壓梁固定在場地地溝槽中。柱頂由WY30B-V高精度液壓穩(wěn)壓器控制的油壓千斤頂提供豎向荷載，控制柱軸壓比為0.3。梁端設(shè)置作動器，施加豎向荷載。

圖1 試件安裝及加載裝置[5]

圖2 試件BASE尺寸(單位：mm)[5]

2 計算模型

ADINA軟件具有強(qiáng)大的非線性問題解決能力，受到廣大用戶的推崇。本文采用ADINA軟件建立T型鋼連接半剛性節(jié)點模型，進(jìn)行求解分析。

2.1 材料本構(gòu)

Q235鋼材本構(gòu)采用雙線性隨動強(qiáng)化塑性材料模型(圖3)，材料力學(xué)性能參數(shù)如表1所示。

表1 鋼材力學(xué)性能

圖3 有限元分析模型

2.2 計算單元及接觸設(shè)置

梁柱及T型鋼用4節(jié)點Shell單元模擬，網(wǎng)格尺寸控制為15 mm，螺栓孔位置附近受力復(fù)雜，對其進(jìn)行網(wǎng)格加密處理。劃分網(wǎng)格后有6 624個Shell單元。T型鋼連接件翼緣和柱翼緣，T型鋼連接件腹板和梁腹板之間設(shè)置面面接觸，摩擦系數(shù)取0.4。

2.3 邊界條件及加載制度

根據(jù)試驗情況，試件柱底邊界條件設(shè)置為全約束，柱頂釋放轉(zhuǎn)動約束和柱壓力方向平動約束。將梁端節(jié)點，柱頂節(jié)點分別通過剛性連接耦合到一點，柱壓力在柱頂以集中力形式施加在耦合點，同樣梁端位移施加在耦合點。這樣，柱頂集中力荷載相當(dāng)于均勻面荷載，梁端側(cè)面各節(jié)點亦具有相同的位移荷載。

2.4 計算參數(shù)取值

表2中給出了用于節(jié)點承載力參數(shù)分析的參數(shù)取值，主要分析T型鋼翼緣厚度t的影響，這些取值均參考了一些實際的工程設(shè)計，b1為T型鋼腹板厚度。

表2 主要參數(shù)分析取值 mm

3 結(jié)果分析

3.1 破壞形態(tài)

梁端施加向上的位移荷載，下T型鋼連接件翼緣及腹板受拉，塑性應(yīng)變主要在螺栓孔周圍及翼緣腹板交界處，腹板有明顯彎曲變形，連接件與柱翼緣脫開(圖4)。

圖4 T型鋼連接件應(yīng)變云

3.1 T型鋼翼緣厚度

改變T型板翼緣厚度，梁端節(jié)點力-位移曲線如圖5所示。不同T型板翼緣厚度，力-位移曲線的總體趨勢是一致的，隨著位移荷載的增大，節(jié)點反力先增大，后趨于平穩(wěn)。

圖5 梁端節(jié)點力-位移曲線

從圖6可以看出，隨著T型板翼緣厚度從8 mm，增加為12 mm、15 mm、20 mm，節(jié)點極限承載力不斷增加，依次為65.60 kN、89.91 kN、124.75 kN、144.39 kN，增幅分別為37.06 %、38.75 %、15.74 %。T型板翼緣厚度的增加，對節(jié)點極限承載力的影響較大，但翼緣厚度從15 mm增加到20mm時，極限承載力增加幅度降低，翼緣材料強(qiáng)度得不到充分利用。因此，T型板翼緣厚度應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，厚度太小會導(dǎo)致節(jié)點承載力不夠，厚度過大會浪費材料。

圖6 T型板翼緣厚度對極限承載力影響

4 結(jié)論

(1)T型板連接件翼緣厚度對節(jié)點極限承載力有明顯影響，腹板破壞有明顯彎曲變形。

(2)翼緣厚度增加，節(jié)點極限承載力增大，但翼緣厚度超過柱翼緣厚度時，承載力增幅降低。