【正文】 1122334455。35176。 不同的支撐與柱夾角α對(duì)應(yīng)的腹板分配系數(shù)Tab Different angle of α corresponding to distribution coefficient of the web截面編號(hào)支撐與柱夾角45176。30176。40176。a—上翼緣 b—腹板 c—下翼緣 Lμ關(guān)系曲線(xiàn)Fig Lμ curve根據(jù)ANSYS有限元分析，沿連接件腹板高度增大的方向，在不同截面，提取連接件上翼緣的軸力，由受力分解的公式，求得上翼緣的分配系數(shù)?！?5176。因此，支撐與柱的夾角為30176。但是，當(dāng)支撐與柱軸線(xiàn)的夾角α為30176?！?5176。當(dāng)擴(kuò)散角β為30176。因此，支撐桿端采用圓弧過(guò)渡，盡量地減小應(yīng)力集中造成的不利影響，使支撐軸力傳遞更均勻合理。采用圓弧過(guò)渡時(shí)，連接件上下翼緣的傳力分配系數(shù)比不采用圓弧過(guò)渡的高，連接件腹板的傳力分配系數(shù)比不采用圓弧過(guò)渡的低。 不同的圓弧半徑對(duì)應(yīng)的下翼緣分配系數(shù)Tab Different arc radius corresponding to distribution coefficient of the bottom flange截面編號(hào)圓弧半徑（mm）2002503003501122334455667788991010對(duì)于G1組，當(dāng)方向角β為25176。 不同的圓弧半徑對(duì)應(yīng)的上翼緣分配系數(shù)Tab Different arc radius corresponding to distribution coefficient of the top flange截面編號(hào)圓弧半徑（mm）2002503003501122334455667788991010根據(jù)ANSYS有限元分析，沿連接件腹板高度增大的方向，在不同截面，提取連接件腹板的軸力，由受力分解的公式，求得腹板的分配系數(shù)。因此，圓弧半徑r對(duì)連接件傳力的影響可以忽略不計(jì)，建議支撐桿端圓弧半徑控制在250～350mm。沿連接腹板高度增大方向，分配系數(shù)差別較大的是4～6區(qū)段，選擇第4截面上下翼緣和腹板的內(nèi)力分配情況，由此表可以看出，在同一截面，對(duì)于不同的圓弧半徑，%。 不同的端長(zhǎng)比η對(duì)應(yīng)的下翼緣分配系數(shù) Different η corresponding to distribution coefficient of the bottom flange截面編號(hào)端長(zhǎng)比1122334455667788991010─1111─1212─1313──1414──對(duì)于G1組，當(dāng)擴(kuò)散角β為25176。 不同的端長(zhǎng)比η對(duì)應(yīng)的上翼緣分配系數(shù) Different η corresponding to distribution coefficient of the top flange截面編號(hào)端長(zhǎng)比11223344截面編號(hào)端長(zhǎng)比55667788991010─1111─1212─1313──1414──根據(jù)ANSYS有限元分析，沿連接件腹板高度增大的方向，在不同截面，提取連接件腹板的軸力，由受力分解的公式，求得腹板的分配系數(shù)。因此，端長(zhǎng)比η對(duì)連接件傳力的影響可以忽略不計(jì)。沿連接腹板高度增大方向，選擇第7截面上下翼緣和腹板的內(nèi)力分配情況，由此表可以看出，不同的端長(zhǎng)比，各板件分配系數(shù)的對(duì)比均小于2%。圓弧半徑r為0時(shí)，在1～3截面區(qū)段內(nèi)，由于支撐上下翼緣內(nèi)力傳遞方向的改變，此處應(yīng)力集中較明顯，連接件上下翼緣分擔(dān)的支撐軸力略有減小，在1～3截面區(qū)段內(nèi)，連接件腹板分擔(dān)的支撐軸力略有增加，在其它截面區(qū)段內(nèi)，連接件上下翼緣和腹板分擔(dān)的支撐軸力基本不變。40176。35176。30176。25176。 不同的擴(kuò)散角對(duì)應(yīng)的下翼緣分配系數(shù)Tab Different spread angle corresponding to distribution coefficient of the bottom flange截面編號(hào)擴(kuò)散角20176。40176。35176。30176。25176。 不同的擴(kuò)散角對(duì)應(yīng)的腹板分配系數(shù)Tab Different spread angle corresponding to distribution coefficient of the web截面編號(hào)擴(kuò)散角20176。40176。35176。30176。25176。 不同的擴(kuò)散角對(duì)應(yīng)的上翼緣分配系數(shù)Tab Different spread angle corresponding to distribution coefficient of the top flange截面編號(hào)擴(kuò)散角20176。因此，建議支撐桿端部擴(kuò)散角不超過(guò)30176。當(dāng)擴(kuò)散角超過(guò)40176。在同一截面時(shí)，隨著擴(kuò)散角β的增大，上下翼緣分擔(dān)的支撐軸力逐漸減小，隨著擴(kuò)散角β的增大，腹板分擔(dān)的支撐軸力逐漸增大。對(duì)于G1組，圓弧半徑r為250mm時(shí)，在支撐自由端施加受拉屈服荷載，此時(shí)節(jié)點(diǎn)屬于彈性階段，通過(guò)改變支撐桿端擴(kuò)散角β的大小，分析擴(kuò)散角對(duì)支撐連接件上下翼緣和腹板傳力的影響。（αβ）。、30176。、40176。90176。G4020030176。70176。176。176。65176。176。176。60176。90176。35176。176。85176。30176。176。80176。020025030035025176。70176。176。176。65176。176。176。60176。90176。40176。176。85176。35176。176。80176。30176。176。75176。25176。176。70176。組編號(hào)端長(zhǎng)比圓弧半徑（mm）擴(kuò)散夾角翼緣與柱夾角翼緣與梁夾角G2020025030035020176。80176。176。176。75176。176。176。70176。176。176。65176。176。176。60176。90176。40176。176。85176。35176。176。80176。30176。176。75176。25176。176。70176。G2020025030035020176。85176。176。176。80176。176。176。75176。176。176。70176。176。176。65176。85176。40176。176。80176。35176。176。75176。30176。176。70176。25176。176。65176。020025030035020176。85176。176。176。80176。176。176。75176。176。176。70176。176。176。65176。因此，～。當(dāng)支撐與柱軸線(xiàn)的夾角為45176。（αβ），β取較大值）；，定義支撐桿的端長(zhǎng)比η=L1/(L1+L2)?；颚?≥60176。因此，連接件翼緣與梁柱翼緣的夾角不宜小于60176。（當(dāng)兩焊腳邊夾角小于60176。為使支撐桿端傳力均勻，設(shè)置相同的擴(kuò)散角β，取15176。(G3)、30176。（G1）、40176?！?5176。 （a）整體劃分網(wǎng)格 （b）局部細(xì)化網(wǎng)格Fig Meshing支撐與梁柱連接節(jié)點(diǎn)受力比較復(fù)雜，為了分析支撐連接件的受力狀態(tài)及內(nèi)力傳遞規(guī)律，主要考慮支撐與柱夾角、支撐桿的端長(zhǎng)比、支撐桿端圓弧半徑、支撐桿端擴(kuò)散角對(duì)支撐連接件傳力的影響。據(jù)有關(guān)資料表明，采用適當(dāng)?shù)母邔挶?、?guī)則的四邊形單元，計(jì)算求解過(guò)程更容易收斂，計(jì)算的結(jié)果更精確。在A(yíng)NSYS分析中，網(wǎng)格劃分的越粗糙，程序計(jì)算的結(jié)果可能越不精確。 邊界約束條件Tab Boundary constraint控制點(diǎn)UxUyUzURxURyURz1約束約束約束約束約束約束2約束約束約束約束約束約束3釋放釋放約束釋放釋放釋放ANSYS中單元網(wǎng)格劃分方法包括兩種，即是自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格化分。 簡(jiǎn)化力學(xué)模型Fig Simplified mechanical model支撐連接件與梁柱翼緣的連接處及支撐另一端，分別將各邊界位置設(shè)置為控制點(diǎn)3。為了便于分析連接件的傳力，忽略梁柱節(jié)點(diǎn)的變形對(duì)連接件傳力的影響，假定連接件腹板和翼緣在與梁柱連接處為固定端，支撐另一端為自由端；支撐的自由端施加軸向拉力，支撐受拉屈服承載力N=A鋼材的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系，并取Et=。 SHELL181單元模型Fig Model of SHELL181 element節(jié)點(diǎn)材料為Q345號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼。結(jié)合支撐節(jié)點(diǎn)各板件的特點(diǎn)，選擇SHELL181殼單元。上述各式中，h為板殼厚度，L為平板內(nèi)特征尺度，R為殼體中面的曲率半徑。 板類(lèi)結(jié)構(gòu)一般按其平板面內(nèi)特征尺寸與厚度之比加以劃分：當(dāng)時(shí)為厚板，其力學(xué)行為與3D實(shí)體相同，應(yīng)采用實(shí)體單元；當(dāng)時(shí)為薄板，可選擇2D實(shí)體單元或殼單元；當(dāng)時(shí)為薄膜，可采用薄膜單元。板殼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域，對(duì)于板殼類(lèi)結(jié)構(gòu)，一個(gè)方向的厚度遠(yuǎn)小于其他方向的尺寸，并且可以忽略沿厚度方向應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，可采用殼單元模擬。 支撐與梁柱節(jié)點(diǎn)的施工圖Fig Working drawing of bracebeamcolumn joint 構(gòu)件截面Tab Member section構(gòu)件名稱(chēng)構(gòu)件截面（mm）柱□60025 梁H 5503001020支撐H 2502501220 ANSYS有限元模型的建立ANSYS中大多數(shù)單元為結(jié)構(gòu)單元，根據(jù)分析的目的選擇不同的單元類(lèi)型。因此，本章基于實(shí)際結(jié)構(gòu)（中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)）工程中支托式連接的支撐節(jié)點(diǎn)模型，利用ANSYS軟件對(duì)此支撐連接件進(jìn)行分析。支撐在整個(gè)結(jié)構(gòu)中是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，承受大部分水平荷載，其中一部分通過(guò)支撐連接件傳遞到梁和柱上。支撐桿與框架梁柱的連接構(gòu)造，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能有較大影響，要滿(mǎn)足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的抗震要求，采用的計(jì)算方法和相應(yīng)的設(shè)計(jì)構(gòu)造對(duì)支撐節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。另外，簡(jiǎn)單介紹了有限元分析軟件、材料的三個(gè)重要法則及非線(xiàn)性求解方法。 本章小結(jié)本章介紹了支撐節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則、支撐節(jié)點(diǎn)連接形式的分類(lèi)、支撐節(jié)點(diǎn)連接的內(nèi)力計(jì)算方法。但在后處理中使用荷載—位移曲線(xiàn)比較容易評(píng)估結(jié)果。（4）弧長(zhǎng)法，即是在求解過(guò)程中，同時(shí)控制位移增量和荷載增量水平，它使迭代沿一段弧收斂。（3）改進(jìn)的NR法，在每個(gè)子步都修正切線(xiàn)剛度矩陣，平衡迭代中不修改，（c）所示。如果自適應(yīng)下降關(guān)閉，平衡迭代采用切線(xiàn)剛度矩陣。依靠純粹的增量進(jìn)行近似求解，將會(huì)隨著每一次的增量，造成誤差的積累，因此，誤差較大。本文采用雙線(xiàn)性等向強(qiáng)化法則進(jìn)行有限元分析。對(duì)于硬化材料，通常有等向強(qiáng)化、隨動(dòng)強(qiáng)化和混合強(qiáng)化準(zhǔn)則。在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，就需要強(qiáng)化準(zhǔn)則定義材料進(jìn)入塑性變形后的后繼屈服面的變化（包括大小、中心和形狀），即在隨后的加載或卸載時(shí)，材料何時(shí)再次進(jìn)入屈服狀態(tài)。本文采用關(guān)聯(lián)型流動(dòng)法則進(jìn)行有限元分析。2．流動(dòng)法則對(duì)于已經(jīng)屈服的單元再進(jìn)一步加載，流動(dòng)法則定義塑性應(yīng)變?cè)隽康姆至亢蛻?yīng)力分量以及應(yīng)力分量之間的關(guān)系。對(duì)于鋼材而言，采用Von Mises屈服準(zhǔn)則更接近實(shí)際結(jié)果。Von Mises屈服準(zhǔn)則是Von Mises提出的一種等效應(yīng)力，考慮了中間主應(yīng)力對(duì)屈服強(qiáng)度的影響，用于各項(xiàng)同性材料。ANSYS軟件具有強(qiáng)大的建模、求解、非線(xiàn)性分析和后處理等能力，功能十分強(qiáng)大，使用方便，能較好地對(duì)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)進(jìn)行仿真分析，既經(jīng)濟(jì)又節(jié)省時(shí)間。ANSYS是由美國(guó)著名理學(xué)專(zhuān)家、美國(guó)Jone Swanson博士團(tuán)隊(duì)于二十世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的大型通用有限元分析軟件，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)、流體、聲場(chǎng)、電磁場(chǎng)和熱場(chǎng)分析和科學(xué)研究[62]。該技術(shù)與工程分析相結(jié)合形成的新技術(shù)，隨著有限元理論的應(yīng)用和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，工程師利用該技術(shù)和軟件對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行分析，得到良好的效果。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，常采用簡(jiǎn)化計(jì)算的方法[60]，支撐軸線(xiàn)與梁柱的軸線(xiàn)匯交于一點(diǎn)，忽略偏心產(chǎn)生的附加彎矩對(duì)此節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的影響，在支撐連接件與梁柱連接處，簡(jiǎn)化計(jì)算將支撐內(nèi)力分解為水平分力和豎向分力，分別作用于梁柱上。由于支撐節(jié)點(diǎn)板與梁柱連接處的受力比較復(fù)雜，很難確定一種完全精確的計(jì)算