梁柱外伸端板连接初始刚度计算模型的验证及修正建议

梁柱外伸端板连接是一种在建筑结构中常用的节点连接方式，它以施工简便、易于抗震等优点而受到广泛应用。然而，对于其初始刚度的精确计算存在较大困难，因为连接节点的受力状态较为复杂，传统上人们往往忽略或简化了实际受力状况。为此，郑绍桦和王新堂两位学者深入研究了梁柱外伸端板连接初始刚度的计算模型，并通过试验数据和有限元分析（ANSYS模拟）进行了验证和修正。 研究者们提出了针对梁柱外伸端板连接的初始刚度计算模型，并从理论上指出了现有模型的不足之处。他们认为，现有的设计规范通常简化处理，将端板连接节点简化为完全刚接或铰接，这样的简化忽略了实际情况中的复杂性，无法精确计算出节点的刚度。研究者们尝试在理论上推导出初始刚度的计算模型，并通过试验数据验证模型的准确性，结果表明，该计算模型能大致反映构造参数和初始刚度之间的关系，但同时存在一定的误差。 在误差分析方面，研究者们指出了计算模型在考虑构造参数时所作的简化。比如，计算模型在推导时假设了拉区第二排螺栓以下节点的变形对于初始转动刚度的影响很小，故而忽略不计。但实际试验结果和ANSYS模拟表明，端板和柱翼缘在受大荷载作用时也存在变形，尤其是在端板厚度较小的情况下，变形更明显。这种变形会影响节点所承受的力，忽略这部分的变形会导致理论计算的初始刚度低于实际值。 此外，计算模型在评估螺栓处的挠度时，假设了端板变形的边界条件为四边固支，使用板理论得出中心处的挠度作为螺栓处的挠度。实际上，端板和柱翼缘通过螺栓连接，其变形受到柱翼缘和腹板的撬力作用，从而使得理论值偏小。同样，在计算柱翼缘的变形时，如果忽略柱腹板和端板的撬力作用，也会导致理论初始刚度低于实际值。 为了解决计算模型存在的误差问题，研究者们进行了试验验证，并借助ANSYS软件进行了模拟。他们利用PROE建立三维模型，并将其以IGES格式导入ANSYS中进行网格划分和求解。在模型中，梁柱构件、端板和螺栓均采用三维结构实体单元SOLID45，它具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变等功能。在端板和柱之间的接触区域，使用了目标单元TARGE170和接触单元CONTA174进行接触模拟，接触面的摩擦系数取值为0.45。同时，模型中忽略了螺栓与孔壁之间的接触效应。 在材料属性方面，梁和柱均采用Q235钢材，其屈服强度取值为235MPa。高强螺栓的材料性能指标则参照国家标准，并指定了高强螺栓的等级。利用ANSYS模拟得到的结果与实际试验结果吻合较好，从而验证了计算模型的可行性，并根据模拟结果给出了修正建议。 研究者们总结了初始刚度计算模型的修正建议，主要目的是为了更准确地反映实际受力情况，以便在设计中能够更精确地计算梁柱外伸端板连接节点的初始刚度。修正建议可能涉及对计算模型中的参数进行调整，或者对模型的某些假设条件进行优化，从而使得计算结果与实际状况更加接近。这一研究工作对于改进建筑结构设计具有重要意义，有助于提高结构的安全性和耐久性。