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弱軸連接的有限元分析半剛性連接具有良好的變形能力，可以調(diào)整彎矩在結(jié)構(gòu)中的分配，從而使結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟(jì)合理。近十年來(lái)有關(guān)鋼框架半剛性連接的研究很多，但基本上限于梁柱的強(qiáng)軸連接，對(duì)弱軸連接的研究相對(duì)較少。連接是鋼框架的重要組成部分，其性能影響結(jié)構(gòu)的整體性能，因此鋼結(jié)構(gòu)分析應(yīng)當(dāng)考慮連接的非線性，對(duì)于空間框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，則必須考慮梁柱節(jié)點(diǎn)弱軸連接的彎矩-轉(zhuǎn)角特性。目前一些國(guó)家的規(guī)范對(duì)半剛性連接的設(shè)計(jì)有了規(guī)定，但針對(duì)各類(lèi)弱軸連接的具體計(jì)算尚不明確。
有限單元法早已用于結(jié)構(gòu)性能研究，國(guó)內(nèi)外許多研究者利用大型有限元程序?qū)Χ喾N類(lèi)型的連接進(jìn)行了分析，取得了很好的效果。為進(jìn)一步研究弱軸半剛性連接的性能，本研究對(duì)鋼梁柱半剛性節(jié)點(diǎn)頂?shù)捉卿撊踺S連接進(jìn)行了三維非線性有限元分析，分析的重點(diǎn)是此類(lèi)連接的承載能力、受力機(jī)理、變形特點(diǎn)、破壞模式和接觸狀態(tài)的穩(wěn)定性。
為與試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，本研究的有限元分析以試驗(yàn)試件為基本模型。試件的尺寸見(jiàn)圖，弱軸梁通過(guò)頂?shù)捉卿摵透邚?qiáng)度螺栓與柱腹板相連，弱軸梁與柱腹板之間的間隙為15mm。試件采用國(guó)產(chǎn)H型鋼，鋼材為Q235B型，柱選用HW300×300×10×15截面，弱軸連接梁選用HN300×150×5.5×8截面。柱的高度取為1900mm。柱弱軸方向的梁全長(zhǎng)1400mm，其懸臂端加載點(diǎn)至柱腹板中心1300mm。頂?shù)捉卿撨x用等邊角鋼L125×12，寬度和連接梁寬度相同。螺栓選用10.9S級(jí)M20高強(qiáng)度螺栓，螺栓孔直徑22mm。
試驗(yàn)主要包括3個(gè)鋼梁柱頂?shù)捉卿撊踺S連接單向加載試驗(yàn)(試件分別編號(hào)BDRB-1、BDRB-2、BDRB-3，試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖2)和相應(yīng)的鋼板材性試驗(yàn)、摩擦型高強(qiáng)度螺栓摩擦面連接抗滑移系數(shù)試驗(yàn)。頂?shù)捉卿撊踺S連接單向加載試驗(yàn)開(kāi)始之前將梁柱構(gòu)件連接，并對(duì)高強(qiáng)度螺栓施加預(yù)拉力，預(yù)拉力大小按照GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定施加，大小為155kN，將柱構(gòu)件豎立，柱端模擬鉸接，柱頂由剛度很大的剛架提供側(cè)向力，并利用千斤頂對(duì)柱施加軸向力;梁懸臂端用千斤頂施加集中荷載，梁翼緣與千斤頂之間使用刀口支座。試驗(yàn)時(shí)首先用千斤頂在柱頂施加300kN軸向力，隨后在梁懸臂端用千斤頂施加單向集中荷載。頂?shù)捉卿撊踺S連接單向加載試驗(yàn)的部分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表，更多的分析結(jié)果。
本研究分析利用非線性功能強(qiáng)大、接觸分析方便的大型有限元程序ANSYS V10.0。梁柱和角鋼、螺栓采用了三維實(shí)體單元SOLID45，焊縫采用了三維實(shí)體單元SOLID95，摩擦單元包括CONTA174和對(duì)應(yīng)的TARGE170單元，螺栓張拉力的施加通過(guò)預(yù)張拉單元PRETS179實(shí)現(xiàn)。
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