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T型钢半刚性连接节点在静载下的力学性能及其加强方式研究
摘要
T型钢作为一种常用型钢，在钢结构中得到了广泛的应用。T型钢半刚性连接节点是钢框架结构中常用的连接方式之一。然而，该连接节点在静载下存在局部板壳失稳等问题，影响了其力学性能。因此，本文通过理论分析、数值模拟以及实验验证等多种手段，研究了T型钢半刚性连接节点在静载下的力学性能及其加强方式。研究结果表明，加隙板及加垫块等加强措施可以有效提高连接节点的承载能力和刚度。
关键词：T型钢、半刚性连接节点、静载、力学性能、加强方式
Abstract
Asacommonlyusedtypeofsteel,T-shapedsteelhasbeenwidelyusedinsteelstructures.TheT-shapedsteelsemi-rigidconnectionnodeisoneofthecommonlyusedconnectionmethodsinsteelframestructures.However,thereareproblemssuchaslocalplateshellinstabilityunderstaticload,whichaffectsitsmechanicalperformance.Therefore,thispaperusestheoreticalanalysis,numericalsimulation,andexperimentalverificationasmultiplemeanstostudythemechanicalperformanceandstrengtheningmethodsofT-shapedsteelsemi-rigidconnectionnodesunderstaticload.Theresearchresultsshowthatreinforcementmeasuressuchasaddinggapplatesandcushionblockscaneffectivelyimprovethebearingcapacityandstiffnessoftheconnectionnode.
Keywords:T-shapedsteel,semi-rigidconnectionnode,staticload,mechanicalperformance,strengtheningmethods
一、引言
T型钢半刚性连接节点是钢框架结构中常用的连接方式之一，其具有较好的刚性和变形能力，可以满足结构对水平荷载的控制要求。然而，该连接方式在静载下存在一些问题，例如，节点受力状态不均衡、节点剪力传递不畅等，这些问题会影响连接节点的力学性能。
为了解决上述问题，研究者们提出了一系列的加强方案，例如加隙板、加垫块和加强剪力板等。其中，加隙板和加垫块是常用的加强措施，它们可以在一定程度上提高连接节点的承载能力和刚度。但是，这些加强措施的有效性和应用范围还需要进一步研究和验证。
本文通过理论分析、数值模拟以及实验验证等多种手段，对T型钢半刚性连接节点在静载下的力学性能及其加强方式进行了研究。本文的主要内容如下：
（1）建立了T型钢半刚性连接节点的受力模型，并计算了其承载能力和刚度。
（2）采用ANSYS有限元软件对T型钢半刚性连接节点进行数值模拟，并分析了其受力特点和失稳模式。
（3）通过实验验证，验证了加隙板及加垫块等加强措施对连接节点的承载能力和刚度的影响。
二、T型钢半刚性连接节点的受力分析
（1）节点几何模型
T型钢半刚性连接节点的截面形状如图1所示，其中，d为节点深度，bf为节点翼缘宽度，tw为节点翼缘厚度，tf为节点腹板厚度。
（2）节点受力模型
将T型钢半刚性连接节点简化为一个等效梁，在节点端面假设一个平面剪力模型，如图2所示。其中，V表示节点的剪力，M表示节点的弯矩。
（3）节点受力计算
根据等效梁的原理，节点的最大弯矩和最大剪力可分别表示为：
其中，P为节点上部和下部梁的轴向力，M1和M2分别是P在节点端面上引起的上部和下部梁的弯矩，Mb为节点的弯曲扭转耦合作用引起的附加弯矩。
（4）节点失稳分析
节点在静载下可能出现局部板壳失稳和整体屈曲两种形式的失稳。局部板壳失稳是指节点上部和下部梁内部压应力大于屈服强度时，产生的屈曲失稳，如图3所示。整体屈曲是指节点受到的剪力作用超过其承载能力时，节点发生的屈曲失稳，如图4所示。
三、数值模拟
为了进一步研究T型钢半刚性连接节点的受力特点和失稳模式，本文采用ANSYS有限元软件对其进行了数值模拟。模拟结果如下：
（1）节点承载能力和刚度
按照现行标准，计算节点的承载能力和刚度。
（2）节点失稳模式
通过数值模拟，得到了节点的失稳模式，如图5所示。图中，红色区域表示节点的局部板壳失稳区域。
四、