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在鋼結構工程中采用高強度螺栓的外伸式端板連接，具有避免現場焊接、安裝方便、施工快捷等優(yōu)點。但由于組成板件的彎曲變形與螺栓受拉變形等，連接在承受彎矩時，梁與柱之間夾角會發(fā)生改變，屬于典型的半剛性連接。與傳統的完全剛接和理想鉸接相比，半剛性連接可優(yōu)化框架梁的彎矩分布，帶來一定的經濟效益，但由于缺乏半剛性連接的計算理論和方法，我國目前都是將端板連接假定為完全剛性連接進行有限元分析，半剛性連接帶來的經濟效益得不到應用，同時結構分析模型與實際情況存在差異，導致結構設計存在一定的安全隱患。要在結構分析和設計中考慮連接性能的影響，必須預先確定連接的彎矩—轉角關系曲線。半剛性連接性能在我國的研究剛剛開始，目前規(guī)范沒有給出確定該曲線的方法。
試驗無疑是研究梁柱連接性能最直接、最符合實際的方法，但費用較高，只能在小范圍內有重點地進行，而影響連接彎矩—轉角性能的因素又比較多，試驗難以得到足夠的可供統計分析的數據。現代有限元方法的發(fā)展和計算技術的提高，為研究節(jié)點連接性能提供了一種新途徑.國外采用有限元方法研究端板連接的受力性能始于20世紀70年代后期，而國內直到2000年才開始開展此方面的研究。
早期的端板連接有限元分析模型忽略了許多因素，板件一般采用平面應力單元或殼單元，通常忽略螺栓和頭螺母、不開螺栓孔、螺桿采用桿單元等。至90年代后期，端板連接有限元分析模型才日趨完善，但由于連接幾何組成和受力復雜，仍存在一定問題。例如，隨著被連接板件厚度增加，分析結果和試驗差別越來越大，分析時極限狀態(tài)的判定多數是根據數值穩(wěn)定性，分析所得連接延性遠遠高于試驗結果等。對以上問題進行分析，發(fā)現中等厚度和較厚端板的連接對螺栓的模擬要求較高，并根據精確有限元結果給出適用于連接分析的改進螺栓模型，利用改進模型還可從應變水平來確定連接的極限狀態(tài)。
盡管有限元能夠準確計算連接彎矩—轉角關系曲線，但仍需要花費較多的計算時間，不便于日常設計應用。描述連接彎矩—轉角關系最常用的辦法，是將試驗數據擬合成為簡單的表達式，目前已有多種描述連接彎矩-轉角關系的表達式，但從結構分析角度來看其中三參數指數模型優(yōu)點突出，其切線剛度和相對轉角可用公式表達，而不需要迭代。
專業(yè)從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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