頂底角鋼連接被廣泛用于鋼框架結構中，由于鋼框架節點力學性能優良，其主要被用作梁柱連接的構件。相關的有限元分析研究表明，設置了加勁肋的角鋼能夠有效提高節點的初始剛度、屈服和極限荷載，減小節點的變形，從而改善節點的抗震性能。基于上述優點，同時具有安裝更換方便、性價比高等特點，（帶肋）角鋼被用作裝配式框架結構節點中主要的耗能件。裝配式框架結構是土木工程結構未來的發展方向，隨著該種結構的應用越來越多，有必要對其主要耗能件—角鋼的力學性能進行研究。
      國內外的研究主要集中在框架節點的抗震性能研究，對角鋼本身的研究較少。J.Shen和A.Astaneh-Asl，MariaM.Garlock等對角鋼試件在低周往復荷載下的力學性能進行了試驗研究，如圖所示，采用螺栓連接的角鋼試件背對背放置，豎肢和水平肢分別固定在模擬的鋼柱和梁翼緣板上。MariaM.Garlock等根據試驗結果提出了角鋼的荷載-位移關系模型，包括連接的初始剛度、屈服后剛度、屈服荷載等，理論計算的結果與試驗結果吻合較好。
      在現有試驗、理論研究的基礎上，蔡小寧等提出了修正后的角鋼拉壓恢復力模型，該模型包括初始受拉剛度、受拉屈服后剛度、初始受壓剛度和受拉、受壓屈服荷載等。通過與3個采用頂底角鋼連接的框架節點的低周往復加載試驗、振動臺試驗的結果比較，證明了該角鋼拉壓恢復力模型的正確性。
      參考文獻中的試驗設計，有限元分析的角鋼節點如圖4所示，角鋼的豎肢通過高強度螺栓與模擬柱肢（固定的鋼板）連接，在角鋼水平肢的端部橫截面施加水平荷載。角鋼規格為180mm×180mm×12mm，加勁肋尺寸為130mm×130mm×10mm，其分別設置在角鋼的中部和兩端。由于角鋼水平肢受壓時位移很小，因此本文主要研究在單調拉力荷載下角鋼的荷載-位移關系。
      模擬柱肢的鋼板、角鋼和高強度螺栓均采用雙線性等向強化模型（bilinearisotropichardingmodel），材料參數詳見表。該模型使用雙線性來表示應力-應變曲線，采用等向強化的VonMises屈服準則，一般用于初始各向同性材料的大應變問題。
      鋼板、角鋼和高強度螺栓均采用Solid45單元。如圖所示，Solid45單元用于三維實體結構模型，該單元具有塑性、蠕變、膨脹、應力強化、大變形和大應變的特征。
      高強度螺栓、角鋼和鋼板之間的接觸對單元采用CONTA173、CONTA174和TARGE170。接觸單元（CONTA173、CONTA174）與目標單元（TARGE170）連用可模擬接觸面與目標面之間的接觸與滑移狀態。
      高強度螺栓的預拉力通過在預緊面上插入預緊單元PRETS179來實現。如圖7所示，結構被劃分為二維或三維單元后，預緊單元PRETS179被用來定義對應的預緊截面。PRETS179單元有一個位移自由度（即被定義的預緊方向），該單元僅能使用拉伸載荷，忽略彎曲或扭轉載荷。
      在高強度螺栓的指定截面選取單元和節點生成預拉伸截面，插入預緊單元PRETS179后可施加預拉力。在有限元模型上可查看預拉伸單元被創建的具體位置，同時軟件可以模擬高強度螺栓施加預拉力的過程和先后順序。
      建模時利用模型的對稱性，建立一半的模型，然后利用軟件的顯示設置中“擴展模型”功能顯示完整的模型，如圖所示。鋼板、角鋼采用先建立面，然后拉伸成體的方法建模；螺栓采用直接建立體的方式建模。

                                                                                專業從事機械產品設計│有限元分析│CAE分析│結構優化│技術服務與解決方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司m.yw15777.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！