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頂?shù)捉卿撨B接被廣泛用于鋼框架結(jié)構(gòu)中，由于鋼框架節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能優(yōu)良，其主要被用作梁柱連接的構(gòu)件。相關(guān)的有限元分析研究表明，設(shè)置了加勁肋的角鋼能夠有效提高節(jié)點(diǎn)的初始剛度、屈服和極限荷載，減小節(jié)點(diǎn)的變形，從而改善節(jié)點(diǎn)的抗震性能。基于上述優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有安裝更換方便、性價(jià)比高等特點(diǎn)，（帶肋）角鋼被用作裝配式框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)中主要的耗能件。裝配式框架結(jié)構(gòu)是土木工程結(jié)構(gòu)未來的發(fā)展方向，隨著該種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越多，有必要對(duì)其主要耗能件—角鋼的力學(xué)性能進(jìn)行研究。
國內(nèi)外的研究主要集中在框架節(jié)點(diǎn)的抗震性能研究，對(duì)角鋼本身的研究較少。J.Shen和A.Astaneh-Asl，MariaM.Garlock等對(duì)角鋼試件在低周往復(fù)荷載下的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，如圖所示，采用螺栓連接的角鋼試件背對(duì)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(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出了角鋼的荷載-位移關(guān)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(jì)算的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
在現(xiàn)有試驗(yàn)、理論研究的基礎(chǔ)上，蔡小寧等提出了修正后的角鋼拉壓恢復(fù)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(gè)采用頂?shù)捉卿撨B接的框架節(jié)點(diǎn)的低周往復(fù)加載試驗(yàn)、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的結(jié)果比較，證明了該角鋼拉壓恢復(fù)力模型的正確性。
參考文獻(xiàn)中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，有限元分析的角鋼節(jié)點(diǎn)如圖4所示，角鋼的豎肢通過高強(qiáng)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(guī)格為180mm×180mm×12mm，加勁肋尺寸為130mm×130mm×10mm，其分別設(shè)置在角鋼的中部和兩端。由于角鋼水平肢受壓時(shí)位移很小，因此本文主要研究在單調(diào)拉力荷載下角鋼的荷載-位移關(guān)系。
模擬柱肢的鋼板、角鋼和高強(qiáng)度螺栓均采用雙線性等向強(qiáng)化模型（bilinearisotropichardingmodel），材料參數(shù)詳見表。該模型使用雙線性來表示應(yīng)力-應(yīng)變曲線，采用等向強(qiáng)化的VonMises屈服準(zhǔn)則，一般用于初始各向同性材料的大應(yīng)變問題。
鋼板、角鋼和高強(qiáng)度螺栓均采用Solid45單元。如圖所示，Solid45單元用于三維實(shí)體結(jié)構(gòu)模型，該單元具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力強(qiáng)化、大變形和大應(yīng)變的特征。
高強(qiáng)度螺栓、角鋼和鋼板之間的接觸對(duì)單元采用CONTA173、CONTA174和TARGE170。接觸單元（CONTA173、CONTA174）與目標(biāo)單元（TARGE170）連用可模擬接觸面與目標(biāo)面之間的接觸與滑移狀態(tài)。
高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力通過在預(yù)緊面上插入預(yù)緊單元PRETS179來實(shí)現(xiàn)。如圖7所示，結(jié)構(gòu)被劃分為二維或三維單元后，預(yù)緊單元PRETS179被用來定義對(duì)應(yīng)的預(yù)緊截面。PRETS179單元有一個(gè)位移自由度（即被定義的預(yù)緊方向），該單元僅能使用拉伸載荷，忽略彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷。
在高強(qiáng)度螺栓的指定截面選取單元和節(jié)點(diǎn)生成預(yù)拉伸截面，插入預(yù)緊單元PRETS179后可施加預(yù)拉力。在有限元模型上可查看預(yù)拉伸單元被創(chuàng)建的具體位置，同時(shí)軟件可以模擬高強(qiáng)度螺栓施加預(yù)拉力的過程和先后順序。
建模時(shí)利用模型的對(duì)稱性，建立一半的模型，然后利用軟件的顯示設(shè)置中“擴(kuò)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。
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