钢框架梁端翼缘侧板加强型节点有限元分析★

马 辉

(滨州学院，山东 滨州 256600)

1 概述

钢框架梁柱刚性连接一直被认为具有良好的抗震性能，能形成塑性铰保证节点有足够的延性，避免结构整体破坏［1，2］，但是经过美国及日本的地震发现，在梁柱节点处，产生很多细小的裂纹，甚至是柱截面的断裂破坏［3-5］，因此，研究节点的抗震性能对于改善钢框架结构的延性、防止发生节点脆性破坏、提高结构的抗震能力有着重要的意义［6］。

本文以青岛理工大学高鹏，王燕完成的钢框架梁端翼缘侧板加强型节点受力性能的试验［7］为基础，建立ANSYS模型，对模型进行有限元计算，与试验结果对比。

2 有限元模型与试验验证

2.1 有限元模型

青岛理工大学高鹏，王燕完成的钢框架梁端翼缘侧板加强型节点受力性能的试验［7］中所采用试件尺寸参数见表1。节点示意图如图1所示。ANSYS建立非线性有限元模型与上述试验中试件尺寸参数完全相同。

表1 试件尺寸参数

2.2 破坏形态对比

如图2所示，由ANSYS分析结果与试验结果对比可知，ANSYS模型试件与试验试件破坏形态大体相同，距加强板端部的梁上翼缘塑性铰处出现凸起现象;梁上下翼缘和腹板交接的塑性铰处有应力集中现象。由此可知各试件的塑性铰都有不同程度的外移，验证了有限元软件分析的准确性与可靠性。

图1 节点示意图

图2 有限元分析与试验对比

2.3 滞回曲线

有限元模型及实验试件滞回曲线如图3所示。

图3 滞回曲线

可以看到有限元模型与实验试件的滞回曲线比较吻合，都很饱满，说明有限元模拟与实际较为符合，但当材料进入塑性状态后，实验试件的滞回曲线下降更加迅速，刚度退化较快。

2.4 分析结果对比

SPS-1，SPS-2分析结果对比如表2所示。

表2 SPS-1，SPS-2分析结果对比

通过对比可以发现:ANSYS模拟的延性系数、屈服荷载、极限荷载等值都比实验值偏大，这是由于ANSYS软件没有模拟焊接残余应力、初始偏心、钢材的材质不均匀等因素。

3 结语

通过ANSYS软件的有限元计算与试验对比分析，得到如下结论。

1)试验试件与ANSYS模拟试件的破坏形态大体形态，塑性铰出现部位相同，验证了有限元软件分析的准确性与可靠性。

2)可以看到有限元模型与实验试件的滞回曲线比较吻合，都很饱满，说明有限元模拟与实际较为符合，但当材料进入塑性状态后，实验的滞回曲线下降更加迅速，刚度退化较快。

3)由于ANSYS软件没有模拟焊接残余应力、初始偏心、钢材的材质不均匀等因素，得到的延性系数、屈服荷载、极限荷载等值都比实验值偏大。

［1］丰定国.工程结构抗震［M］.北京:地震出版社，2002.

［2］刘洪波，谢礼立，邵永松.框架结构的震害及其原因［J］.世界地震工程，2006，22(4):44-51.

［3］Nakashima M，Inoue K，Tada M.Classification of damage to steel building observed in the 1995 hyogoken-nanbu earthquake［J］.Engineering Structures，1998，20(4):271-281.

［4］AISC.SPSecial task committee on the northridge earthquake［J］.American Institute of Steel Construction，Chicago，1994(15):7-9.

［5］William E Gates，Manuel Modern.Professional structural engineering experience related to welded steel moment frames following the northridge earthquake［J］.Engineering Structures，1998，20(4-6):249-260.

［6］多层钢框架梁柱连接节点抗震性能研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学，2004.

［7］高 鹏.钢框架梁端翼缘侧板加强式和扩翼式节点受力性能的试验研究［D］.青岛:青岛理工大学硕士学位论文，2009.