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双腹板、顶底角钢半刚性节点的数值模拟分析和试验研究
摘要
本文以双腹板、顶底角钢半刚性节点为研究对象，采用数值模拟和试验相结合的方法探究了该节点的力学性能。通过ABAQUS有限元软件进行了节点模型的建立和力学分析，并与试验结果进行了对比分析。研究表明，该节点具有足够的承载能力和稳定性，适用于一些需要高度连接强度的工程结构中。
关键词：双腹板、顶底角钢、半刚性节点、数值模拟、试验研究
Abstract
Thisstudyfocusesonthemechanicalperformanceofthedouble-belly-plateandtop-bottom-angle-steelsemi-rigidjoint.Acombinednumericalsimulationandexperimentalapproachhavebeenusedtoinvestigatethisjoint.TheABAQUSfiniteelementsoftwarehasbeenusedtobuildandanalyzethenodemodels,andtheresultshavebeencomparedwithexperimentaldata.Theresearchshowsthatthejointhasenoughbearingcapacityandstability,whichmakesitsuitableforengineeringstructuresthatrequirehighjointstrength.
Keywords:double-belly-plate,top-bottom-angle-steel,semi-rigidjoint,numericalsimulation,experimentalresearch
引言
节点作为构件的连接部分，直接关系到整个结构的力学性能和稳定性。钢框架结构是当前建筑工程中常见的结构形式，其节省了空间、成本、可维护性和适应性等优势，被广泛应用于建筑工程中。其中，节点连接强度是钢框架结构的核心问题。所以，加强节点的连接强度和提升力学性能，成为了钢框架结构工程建设中需要着重考虑的问题之一。
双腹板、顶底角钢半刚性节点作为一种常见的节点结构，在工程建设中得到了广泛的应用。现有相关研究主要是基于试验分析、数值分析、理论推导等方面，但是缺乏综合的研究和深入的分析，难以为工程实际应用提供可靠的数据支持。为此，本文采用数值模拟和试验相结合的方法，对双腹板、顶底角钢半刚性节点进行了研究，旨在为工程实践提供有力的数据支持。
1.节点力学模型及数值模拟
1.1节点结构设计
双腹板、顶底角钢半刚性节点采用了双腹板作为节点主材料，轴向加筋使节点结构具有较大的扭转刚度，从而增强节点的稳定性和承载能力。该节点的连接方式采用顶底角钢与双腹板的焊接结合，从而使节点更加稳定和坚固。节点荷载方式为单向静载，荷载位置为节点的节点中心。
1.2数值模拟分析
采用ABAQUS有限元软件建立双腹板、顶底角钢半刚性节点的数值模型。模型采用三维双线性四节点单元，节点总数为931个，单元总数为705个，将各项负载作用在整个节点上并进行了状态分析。
模型加载分两步进行。首先，按照等截面原则，采用施加节点位移等效于施加端点力的方法，施加于节点的中心位置。加载过程中，通过节点中心出现的位移分别求出横向和纵向的刚度系数。
第二步，考虑到支座内力的影响，对模型进行了边界限制。在边界限制时，将节点底部支架固定，模拟节点在荷载下整体的反应变形。最终求解在节点发生变形时的位移、应力、应变和轴力等参数的变化。
2.试验研究
本文通过试验研究的方法，对双腹板、顶底角钢半刚性节点的力学性能进行了验证。试验中选用了一台200kN万能试验机，对节点进行了负载试验。
先通过三维激光扫描技术进行了节点表面的几何测量，在万能试验机上进行了轴向荷载试验。试验加载过程中，测定了位移和载荷的变化情况，记录了负载-变形曲线并与数值模拟结果进行了对比。
3.结果分析
通过数值模拟和试验研究，得到了双腹板、顶底角钢半刚性节点的力学性能参数，如节点初始刚度、变形模式、最大承载力等参数，对比分析发现，数值模拟和试验结果的曲线呈现出较好的一致性，验证了数值模拟结果的可靠性和有效性。
节点载荷增加时，节点的刚度明显提高，并出现了明显的塑性变形，但整个节点结构仍然保持完整无损。随着荷载的不断增大，节点开始出现局部破坏，但没有出现全局性破坏，证明该节点结构的承载力和安全系数较高。
4.结论
本文研究了双腹板、顶底角钢半刚性节点的数值模拟和试验研究，结果表明该节点有着足够的承载能力和结构稳定性。因此，该节点适用于需要高度连接强度的工程结构中。同时，本文所采用的数值模拟和试验相结合的方法，可为类似节点的力学性能研究