角鋼有限元分析時(shí)采用“掃略”和“自由網(wǎng)格”相結(jié)合的方式劃分網(wǎng)格,并手動(dòng)劃分模型局部網(wǎng)格的大小。
在模型的對(duì)稱(chēng)面上施加對(duì)稱(chēng)邊界條件,在模擬柱肢的鋼板上施加固定約束(ALLDOF),同時(shí)限制角鋼水平肢的豎向位移(DOFUY)。為了獲得角鋼在單調(diào)拉力荷載下的水平肢合力-位移關(guān)系,在角鋼水平肢端部橫截面施加水平位移荷載(Ux=10mm)。
無(wú)肋角鋼的變形如圖所示,與加載前相比(見(jiàn)圖),由于限制了水平肢的豎向位移,因此水平肢以平動(dòng)為主,變形的區(qū)域主要集中在角鋼的豎肢。由圖可知,角鋼豎肢的應(yīng)力較大,水平肢的應(yīng)力較小可忽略不計(jì);豎肢與水平肢相交處鋼材屈服,沿著角鋼的長(zhǎng)度方向形成了局部的“屈服帶”。由圖可知,高強(qiáng)度螺栓基本處于彈性狀態(tài),只有螺桿的個(gè)別區(qū)域進(jìn)入塑性狀態(tài)。
單肋角鋼的變形與無(wú)肋角鋼的變形類(lèi)似,變形的區(qū)域主要集中在角鋼的豎肢。由圖可知,角鋼豎肢的應(yīng)力較大,水平肢大部分區(qū)域的應(yīng)力較小可忽略不計(jì);鋼材屈服的區(qū)域集中在豎肢與水平肢相交處、加勁肋與豎肢相交處和加勁肋的上部;豎肢開(kāi)孔處的局壓應(yīng)力很大,該處附近的鋼材同樣屈服。由圖可知,高強(qiáng)度螺栓基本處于彈性狀態(tài),只有螺桿的個(gè)別區(qū)域進(jìn)入塑性狀態(tài)。
雙肋角鋼的變形特點(diǎn)與無(wú)肋、單肋角鋼的類(lèi)似。由圖可知,角鋼豎肢的應(yīng)力較大,水平肢大部分區(qū)域的應(yīng)力較小可忽略不計(jì);鋼材進(jìn)入屈服的區(qū)域集中在加勁肋的中上部,其他區(qū)域的應(yīng)力普遍低于鋼材的屈服應(yīng)力。由圖可知,高強(qiáng)度螺栓的螺母處于彈性狀態(tài),螺桿的部分區(qū)域進(jìn)入塑性狀態(tài)。
提取角鋼肢背處一點(diǎn)的水平位移和角鋼水平肢截面的合力,其關(guān)系如圖所示。由圖可知,由有限元模擬得到的無(wú)肋角鋼荷載-位移關(guān)系與理論分析結(jié)果非常接近,比較的結(jié)果證明了有限元模擬分析的正確性。如圖所示,提取3種角鋼的荷載-位移關(guān)系并將結(jié)果繪制在同一坐標(biāo)軸中。結(jié)果表明:?jiǎn)卫、雙肋角鋼的屈服荷載、初始剛度分別約為無(wú)肋角鋼的2倍、3倍;設(shè)置加勁肋可有效提高角鋼的力學(xué)性能。
本文使用有限元軟件ANSYS對(duì)頂?shù)捉卿撨B接中的角鋼進(jìn)行了水平加載分析。計(jì)算結(jié)果表明:有限元模擬結(jié)果與理論分析結(jié)果非常接近,證明了有限元模擬分析的正確性;單肋、雙肋角鋼的屈服點(diǎn)、初始剛度分別約為無(wú)肋角鋼的2倍、3倍;設(shè)置加勁肋可有效提高角鋼的力學(xué)性能。
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