端板连接节点有限元研究

张富娇 霍志伟

摘  要：为了研究ABAQUS有限元软件对端板连接节点建模的可靠性，利用对比建模所得结果和试验结果的方法，验证其正确性。主要对比了试件的破坏形态、滞回曲线和极限承载力。结果表明：ABAQUS有限元软件建模分析得出的结果与试验得出的结果基本一致，从而证明了有限元建模的可靠性，可以用有限元软件分析的方法对试件进行深入的研究。

关键词：端板连接;有限元软件;试验;滞回性能;极限承载力

中图分类号：TU391 文献标志码：A 文章编号：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

钢材是一种绿色环保的可持续发展材料，钢结构是一种可以拆卸的结构形式，应用范围极广，在抗震设防要求高的地区和重型工业厂房、高层房屋结构、大跨度结构、高耸结构等结构体系中占着十分重要的角色。清华大学施刚[1]对端板连接节点进行了试验，研究了不同条件对节点抗震性能的影响。目前ABAQUS有限元软件[2]经常用于对构件的研究，而利用有限元软件对端板连接节点进行的研究比较少，研究有限元软件的可靠性具有十分重要的意义。

本文通过对比建模所得结果和试验结果来验证有限元软件建模的正确性，主要对比了试件的破坏形态、滞回曲线和极限承载力。

1 试件设计

端板连接节点的梁截面尺寸为300×200×8×12，柱截面尺寸为300×250×8×12，端板截面尺寸为500×200×20，柱加劲肋截面尺寸为209×144×12，梁长度为1200mm，柱高度为2000mm，钢材选用Q345B，螺栓均采用10.9级M20高强螺栓。

2 有限元模型建立

该端板连接节点的模型网格划分采用C3D8R单元，具体的网格划分见图1。

3 边界条件及加载

在節点柱顶x、y方向和柱底x、y、z方向施加约束，在x=0的边界面上施加对称约束。将低周循环位移荷载施加在梁柱端板连接的梁端处。先将梁端面上的所有节点进行连续耦合，再将位移循环荷载施加在耦合面的主节点上。加载制度如表1。

4 结果对比

4.1 破坏形式对比

节点的破坏形式如图2（a）所示，由实验结果图可知，受拉区端板与柱翼缘之间产生缝隙，螺栓被拉断，受压区缝隙不明显，同时柱腹板上的铁锈发生脱落，说明在循环加载作用下节点域的受力较大。有限元模拟的结果如图2（b）所示，从应力云图中可以看出，梁与柱连接处所受的应力较大，受拉区的螺栓受力较大，最先被破坏，且在柱腹板处的节点域所受的应力明显大于其他的地方，这和试验结果是一致的。

4.2 滞回性能对比

有限元分析结果和试验分析结果的滞回曲线如图3所示。

对比图3（a）（b），可以得出有限元模拟所得的滞回曲线比较饱满，而试验所得的滞回曲线比较扁长，这是因为试验中试件受焊缝的影响而在有限元模拟中忽略了焊缝缺陷所带来的影响。

4.3 极限承载力对比

有限元分析结果和试验分析结果的极限承载力如表2所示。

从数据对比来看，试验中试件的极限承载力为288.4kN，而从有限元模型分析得出的试件极限承载力为325.7kN，两种分析方法得到的同一试件的极限承载力相差值在15%以内。

5 结论

通过将有限元模型的分析结果与试验结果进行对比，得出有限元建模方法的可行性，由以上对比的试件破坏形式、滞回曲线和极限承载力结果，发现通过有限元建模分析得出的结果与试验得出的结果基本一致，证明了有限元建模的正确性，可以用有限元软件分析的方法对试件进行深入研究。

参考文献：

[1]施刚.钢框架半刚性端板连接的静力和抗震性能研究[D].北京：清华大学，2004.

[2]刘展.ABAQUS6.6基础教程与实例详解[M].北京：中国水利水电出版社，2008.