关于方钢管混凝土-柱钢节点连接的一些看法与问题

xiaaiyin

方钢管砼-柱钢节点的抗震性能的有限元研究每年都会有人研究。
我常看的几篇是西安建筑科技大学，2004年周天华的《方钢管混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能及承载力研究》
和2007年同校的王先铁的《新型方钢管混凝土柱-钢梁节点性能研究及抗震设计对策》
另外合肥工业大学和山东科技大学最近几年也在研究这些课题。
大部分人的研究思路是做了实验，再做有限元模拟，和实验数据对比后，符合实验数据，然后改变一些参数找找规律，并拿理论说明下。

这方面有限元的研究以前在中华钢结构论坛讨论了一段时间，后来各大学术论坛每年都有人提问和回答，但是依然没有一个详尽的说明。小弟猜测可能涉及到保密性，当年的那些大牛们网上讨论的文章都没有进行完全，都是进展到关键部分，纷纷没有了下文。

看着这么多前辈都做出了成果，之前和师姐们一块做过了实验，后来我也和一个同门开始做这方面的有限元研究。万事开头难，做有限元得先会这个软件啊，于是开始学，刚开始，研一，不着急，没看多少就不看了。研二下学期了，着急，就开始猛看，会了些基本操作，排除困难把模型建立出来了。

下面是模型的一些基本情况


一般这个构件形式会选取反弯点的十字形节点来进行研究，正好各边界可以当成铰接模拟，弯矩为0


这幅图就是计算模型了


当然这个就是实验模型了
研究半刚性节点，中间就尽量不要用焊接，这个实验各个连接件全是通过40个高强螺栓连接起来的。图中粗的即为高强螺栓连接。
然后就在柱顶施加来回的低周反复荷载。（模拟的时候刚开始用力来加载，屈服后用位移加载），获得滞回曲线，骨架曲线，耗能系数等一些指标，进行分析。

模拟其实还是拿实体建模方便点，solid45做钢材，solid65做砼，本构模型选取约束混凝土，五参数破坏法则但这里有疑问了，钢材对砼是有约束能力的，ansys应该可以模拟对素砼的约束的，但是很多论文上全是用韩林海的本构模型来模拟？

早期一些论文，中间的节点域采用92单元模拟，个人感觉是网格划分不好弄，只好用四面体划分。其实可以用六面体及扫略划分结合画的规整些。
可以选取一半结构进行分析，减少单元，提高精度，加上对称约束就可以了。

整个体系靠螺栓连接的，必须得加上预紧力和接触单元才行，大部分论文选取了170和174做接触，179做预紧单元。

边界约束，柱底一段进行区域刚性化处理，约束柱底中心线的三向自由度，其实就是x，y，z，这样就可以形成一个铰了。然后将梁两端竖向约束柱，可以水平动了，有的还加上了侧向约束。很多论文把柱顶所有节点耦合，在耦合点上施加位移约束。

选取pcg求解器，自适应下降，计算就收敛了？


这是我的有限元模型，接触、预紧力都已经施加了。

这是加上约束和柱顶轴力后，柱顶平面施加的是面荷载，柱顶平面耦合所有节点。柱底那一小块是钢性块，在中线施加三向约束，可以模拟铰接（因为实体只有三个自由度）。梁约束住了竖向和侧向位移。

在对称面施加对称约束后，然后就开始低周反复加载了

但是如果加上五参数破坏准则的话，根本无法收敛。
去掉的话，可以收敛，但是也达不到最后的几步收敛位移。当然计算时间也很长，机房电脑（可能配置一般）大概得16个小时左右。
但是柱子变形不对，没多久就开始变形了。如下图：

我认为是约束的问题，由于梁只能在水平方向上做运动，柱顶耦合后形成一个刚性面，也是水平方向上加载，柱底是铰接，无法发声位移，带动着梁在柱子下端受弯受剪使柱子提前屈服，看滞回曲线就可以看出，很快就屈服了，和实际情况不符合。

恳请大家和高手们出手，提下意见如何解决这些问题？

senja

xiaaiyin 发表于 2012-4-24 15:10
约束怎么加合适呢，难道以前大牛们加的约束都是错误的吗？

底部只能水平移动，那么就把底部节点的竖直方向约束全施加上去。

xiaaiyin

约束怎么加合适呢，难道以前大牛们加的约束都是错误的吗？

xiaaiyin

senja 发表于 2012-4-24 20:52  底部只能水平移动，那么就把底部节点的竖直方向约束全施加上去。

柱底部只能绕着中心线进行转动～试验实际情况是柱子下面用一个大销子穿着～为了简化，在实体底部取了50mm的柱段，把它的弹模设的很大，由于实体模型自由度只有ux,uy,uz，约束住中线的三个自由度，其他不约束才能转动，要是约束竖直方向，就没法转动了

smile~~~

xiaaiyin 发表于 2012-4-24 23:03
柱底部只能绕着中心线进行转动～试验实际情况是柱子下面用一个大销子穿着～为了简化，在实体底部取了50mm ...

楼主 请教一下 你的接触怎么设置的呢？还有问个弱弱的问题 你这个为什么设置耦合呢？