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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，可以調整彎矩在結構中的分配，從而使結構更經濟合理。近十年來有關鋼框架半剛性連接的研究很多，但基本上限于梁柱的強軸連接，對弱軸連接的研究相對較少。連接是鋼框架的重要組成部分，其性能影響結構的整體性能，因此鋼結構分析應當考慮連接的非線性，對于空間框架結構來說，則必須考慮梁柱節(jié)點弱軸連接的彎矩-轉角特性。目前一些國家的規(guī)范對半剛性連接的設計有了規(guī)定，但針對各類弱軸連接的具體計算尚不明確。
有限單元法早已用于結構性能研究，國內外許多研究者利用大型有限元程序對多種類型的連接進行了分析，取得了很好的效果。為進一步研究弱軸半剛性連接的性能，本研究對鋼梁柱半剛性節(jié)點頂底角鋼弱軸連接進行了三維非線性有限元分析，分析的重點是此類連接的承載能力、受力機理、變形特點、破壞模式和接觸狀態(tài)的穩(wěn)定性。
為與試驗結果相對比，本研究的有限元分析以試驗試件為基本模型。試件的尺寸見圖，弱軸梁通過頂底角鋼和高強度螺栓與柱腹板相連，弱軸梁與柱腹板之間的間隙為15mm。試件采用國產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1400mm，其懸臂端加載點至柱腹板中心1300mm。頂底角鋼選用等邊角鋼L125×12，寬度和連接梁寬度相同。螺栓選用10.9S級M20高強度螺栓，螺栓孔直徑22mm。
試驗主要包括3個鋼梁柱頂底角鋼弱軸連接單向加載試驗(試件分別編號BDRB-1、BDRB-2、BDRB-3，試驗裝置見圖2)和相應的鋼板材性試驗、摩擦型高強度螺栓摩擦面連接抗滑移系數試驗。頂底角鋼弱軸連接單向加載試驗開始之前將梁柱構件連接，并對高強度螺栓施加預拉力，預拉力大小按照GB50017—2003《鋼結構設計規(guī)范》的規(guī)定施加，大小為155kN，將柱構件豎立，柱端模擬鉸接，柱頂由剛度很大的剛架提供側向力，并利用千斤頂對柱施加軸向力;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。試驗時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。頂底角鋼弱軸連接單向加載試驗的部分試驗結果見表，更多的分析結果。
本研究分析利用非線性功能強大、接觸分析方便的大型有限元程序ANSYS V10.0。梁柱和角鋼、螺栓采用了三維實體單元SOLID45，焊縫采用了三維實體單元SOLID95，摩擦單元包括CONTA174和對應的TARGE170單元，螺栓張拉力的施加通過預張拉單元PRETS179實現。
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