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钢框架梁柱弱轴双角钢连接受力性能研究
摘要
本文主要研究了钢框架梁柱弱轴双角钢连接的受力性能。通过数值模拟以及试验研究，分析了双角钢连接在不同应力下的变形和破坏模式，并探讨了影响连接受力性能的因素。结果表明，双角钢连接在受剪力作用下表现出良好的受力性能，连接角度和双角钢的大小对连接受力性能有一定影响，同时配合合适的螺栓和焊接工艺可以进一步提升连接的受力性能。
关键词：弱轴连接、双角钢、数值模拟、试验研究、受力性能
1.引言
钢框架在高层建筑中得到了广泛的应用，其优点包括强度高、刚性好、施工方便等。然而，由于其易受侧向荷载作用，梁柱节点处会产生弱轴效应，导致节点的受力性能下降。因此，在设计钢框架节点时，需要考虑弱轴连接的受力性能。
弱轴连接是钢框架梁柱节点中最薄弱的部分，容易发生破坏。因此，在设计中需要选择合适的连接方式，以提高节点的受力性能。双角钢连接是一种常见的弱轴连接方式，其具有刚度大、强度高、施工方便等优点。然而，其受力性能受到许多因素的影响，如连接角度、双角钢大小、螺栓和焊接工艺等。因此，需要对双角钢连接的受力性能进行系统研究，以提高钢框架节点的受力性能。
2.数值模拟
在数值模拟中，采用有限元软件ABAQUS对双角钢连接进行了模拟。模型采用三维实体模型，材料选用Q345钢。在模拟中，考虑了不同应力下的变形和破坏形态。
2.1建模
如图1所示，双角钢连接模型由两个相互垂直的角钢和一根梁组成。其中，角钢的长边与梁轴平行，短边与梁垂直。
图1双角钢连接模型
2.2材料参数
双角钢和梁均采用Q345钢，其材料参数如下：
弹性模量E=2.06×105MPa
泊松比v=0.3
屈服强度fy=345MPa
2.3力学模型
如图2所示，双角钢连接的力学模型可以看作是一个受剪力作用的梁和两个受弯曲力和压力作用的角钢组成。在模拟中，施加了剪力载荷，分别为50kN、100kN、150kN、200kN，以研究双角钢连接在不同荷载下的受力性能。
图2双角钢连接力学模型
2.4结果分析
在数值模拟中，通过研究双角钢连接在不同剪力载荷下的变形和破坏形态，得出以下结论：
(1)双角钢连接在受剪力作用下表现出良好的受力性能，其破坏形态为连接端面的切割破坏。
(2)连接角度对连接受力性能有一定影响。当角度小于90°时，连接受力性能较好；当角度大于90°时，连接破坏形态为剪切破坏，连接受力性能较差。
3.试验研究
为了进一步研究双角钢连接在实际中的受力性能，设计了一组试验。试验采用双角钢连接模型，同时施加水平剪力和竖向荷载，以探讨连接在复杂荷载下的受力性能。
3.1试验装置
试验装置如图3所示，主要包括底座、上部支架、双角钢、梁和螺栓。
图3试验装置
3.2试验参数
试验中双角钢的尺寸为100×100×10mm，连接角度为90°，梁的尺寸为L=600mm，B=150mm，H=8mm，试验荷载为水平剪力和竖向荷载，分别为1.0kN和10.0kN。
3.3结果分析
试验结果表明，双角钢连接在剪力荷载和竖向荷载的共同作用下，破坏形态为连接端面的切割破坏，连接受力性能良好。同时，试验结果验证了数值模拟得出的结论，连接角度对连接受力性能有一定影响。
4.影响双角钢连接受力性能的因素
通过数值模拟和试验研究，得出了双角钢连接受力性能的影响因素。主要包括连接角度、双角钢大小、螺栓和焊接工艺等。
(1)连接角度：连接角度对连接受力性能有一定影响。当角度小于90°时，连接受力性能较好；当角度大于90°时，连接破坏形态为剪切破坏，连接受力性能较差。
(2)双角钢大小：双角钢大小对连接受力性能也有一定影响。当双角钢尺寸较大时，连接的刚度和强度也较大，受力性能较好。
(3)螺栓和焊接工艺：螺栓和焊接工艺对连接的受力性能有较大影响。合适的螺栓尺寸和焊接工艺可以提高连接的受力性能。
5.结论
通过数值模拟和试验研究，研究了钢框架梁柱弱轴双角钢连接的受力性能。结果表明，双角钢连接在受剪力作用下表现出良好的受力性能，连接角度和双角钢的大小对连接受力性能有一定影响，同时配合合适的螺栓和焊接工艺可以进一步提升连接的受力性能。因此，在钢框架节点的设计和施工中，应考虑这些影响因素，以提高节点的受力性能。
参考文献：
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