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頂?shù)捉卿撨B接被廣泛用于鋼框架結(jié)構(gòu)中，由于鋼框架節(jié)點力學(xué)性能優(yōu)良，其主要被用作梁柱連接的構(gòu)件。相關(guān)的有限元分析研究表明，設(shè)置了加勁肋的角鋼能夠有效提高節(jié)點的初始剛度、屈服和極限荷載，減小節(jié)點的變形，從而改善節(jié)點的抗震性能。基于上述優(yōu)點，同時具有安裝更換方便、性價比高等特點，（帶肋）角鋼被用作裝配式框架結(jié)構(gòu)節(jié)點中主要的耗能件。裝配式框架結(jié)構(gòu)是土木工程結(jié)構(gòu)未來的發(fā)展方向，隨著該種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越多，有必要對其主要耗能件—角鋼的力學(xué)性能進行研究。
國內(nèi)外的研究主要集中在框架節(jié)點的抗震性能研究，對角鋼本身的研究較少。J.Shen和A.Astaneh-Asl，MariaM.Garlock等對角鋼試件在低周往復(fù)荷載下的力學(xué)性能進行了試驗研究，如圖所示，采用螺栓連接的角鋼試件背對背放置，豎肢和水平肢分別固定在模擬的鋼柱和梁翼緣板上。MariaM.Garlock等根據(jù)試驗結(jié)果提出了角鋼的荷載-位移關(guān)系模型，包括連接的初始剛度、屈服后剛度、屈服荷載等，理論計算的結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。
在現(xiàn)有試驗、理論研究的基礎(chǔ)上，蔡小寧等提出了修正后的角鋼拉壓恢復(fù)力模型，該模型包括初始受拉剛度、受拉屈服后剛度、初始受壓剛度和受拉、受壓屈服荷載等。通過與3個采用頂?shù)捉卿撨B接的框架節(jié)點的低周往復(fù)加載試驗、振動臺試驗的結(jié)果比較，證明了該角鋼拉壓恢復(fù)力模型的正確性。
參考文獻中的試驗設(shè)計，有限元分析的角鋼節(jié)點如圖4所示，角鋼的豎肢通過高強度螺栓與模擬柱肢（固定的鋼板）連接，在角鋼水平肢的端部橫截面施加水平荷載。角鋼規(guī)格為180mm×180mm×12mm，加勁肋尺寸為130mm×130mm×10mm，其分別設(shè)置在角鋼的中部和兩端。由于角鋼水平肢受壓時位移很小，因此本文主要研究在單調(diào)拉力荷載下角鋼的荷載-位移關(guān)系。
模擬柱肢的鋼板、角鋼和高強度螺栓均采用雙線性等向強化模型（bilinearisotropichardingmodel），材料參數(shù)詳見表。該模型使用雙線性來表示應(yīng)力-應(yīng)變曲線，采用等向強化的VonMises屈服準則，一般用于初始各向同性材料的大應(yīng)變問題。
鋼板、角鋼和高強度螺栓均采用Solid45單元。如圖所示，Solid45單元用于三維實體結(jié)構(gòu)模型，該單元具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力強化、大變形和大應(yīng)變的特征。
高強度螺栓、角鋼和鋼板之間的接觸對單元采用CONTA173、CONTA174和TARGE170。接觸單元（CONTA173、CONTA174）與目標單元（TARGE170）連用可模擬接觸面與目標面之間的接觸與滑移狀態(tài)。
高強度螺栓的預(yù)拉力通過在預(yù)緊面上插入預(yù)緊單元PRETS179來實現(xiàn)。如圖7所示，結(jié)構(gòu)被劃分為二維或三維單元后，預(yù)緊單元PRETS179被用來定義對應(yīng)的預(yù)緊截面。PRETS179單元有一個位移自由度（即被定義的預(yù)緊方向），該單元僅能使用拉伸載荷，忽略彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷。
在高強度螺栓的指定截面選取單元和節(jié)點生成預(yù)拉伸截面，插入預(yù)緊單元PRETS179后可施加預(yù)拉力。在有限元模型上可查看預(yù)拉伸單元被創(chuàng)建的具體位置，同時軟件可以模擬高強度螺栓施加預(yù)拉力的過程和先后順序。
建模時利用模型的對稱性，建立一半的模型，然后利用軟件的顯示設(shè)置中“擴展模型”功能顯示完整的模型，如圖所示。鋼板、角鋼采用先建立面，然后拉伸成體的方法建模；螺栓采用直接建立體的方式建模。
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