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在鋼結(jié)構(gòu)工程中采用高強(qiáng)度螺栓的外伸式端板連接，具有避免現(xiàn)場焊接、安裝方便、施工快捷等優(yōu)點(diǎn)。但由于組成板件的彎曲變形與螺栓受拉變形等，連接在承受彎矩時(shí)，梁與柱之間夾角會發(fā)生改變，屬于典型的半剛性連接。與傳統(tǒng)的完全剛接和理想鉸接相比，半剛性連接可優(yōu)化框架梁的彎矩分布，帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，但由于缺乏半剛性連接的計(jì)算理論和方法，我國目前都是將端板連接假定為完全剛性連接進(jìn)行有限元分析，半剛性連接帶來的經(jīng)濟(jì)效益得不到應(yīng)用，同時(shí)結(jié)構(gòu)分析模型與實(shí)際情況存在差異，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在一定的安全隱患。要在結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)中考慮連接性能的影響，必須預(yù)先確定連接的彎矩—轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線。半剛性連接性能在我國的研究剛剛開始，目前規(guī)范沒有給出確定該曲線的方法。
試驗(yàn)無疑是研究梁柱連接性能最直接、最符合實(shí)際的方法，但費(fèi)用較高，只能在小范圍內(nèi)有重點(diǎn)地進(jìn)行，而影響連接彎矩—轉(zhuǎn)角性能的因素又比較多，試驗(yàn)難以得到足夠的可供統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)。現(xiàn)代有限元方法的發(fā)展和計(jì)算技術(shù)的提高，為研究節(jié)點(diǎn)連接性能提供了一種新途徑.國外采用有限元方法研究端板連接的受力性能始于20世紀(jì)70年代后期，而國內(nèi)直到2000年才開始開展此方面的研究。
早期的端板連接有限元分析模型忽略了許多因素，板件一般采用平面應(yīng)力單元或殼單元，通常忽略螺栓和頭螺母、不開螺栓孔、螺桿采用桿單元等。至90年代后期，端板連接有限元分析模型才日趨完善，但由于連接幾何組成和受力復(fù)雜，仍存在一定問題。例如，隨著被連接板件厚度增加，分析結(jié)果和試驗(yàn)差別越來越大，分析時(shí)極限狀態(tài)的判定多數(shù)是根據(jù)數(shù)值穩(wěn)定性，分析所得連接延性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于試驗(yàn)結(jié)果等。對以上問題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)中等厚度和較厚端板的連接對螺栓的模擬要求較高，并根據(jù)精確有限元結(jié)果給出適用于連接分析的改進(jìn)螺栓模型，利用改進(jìn)模型還可從應(yīng)變水平來確定連接的極限狀態(tài)。
盡管有限元能夠準(zhǔn)確計(jì)算連接彎矩—轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線，但仍需要花費(fèi)較多的計(jì)算時(shí)間，不便于日常設(shè)計(jì)應(yīng)用。描述連接彎矩—轉(zhuǎn)角關(guān)系最常用的辦法，是將試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合成為簡單的表達(dá)式，目前已有多種描述連接彎矩-轉(zhuǎn)角關(guān)系的表達(dá)式，但從結(jié)構(gòu)分析角度來看其中三參數(shù)指數(shù)模型優(yōu)點(diǎn)突出，其切線剛度和相對轉(zhuǎn)角可用公式表達(dá)，而不需要迭代。
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