隨著經濟和科技的發展，土木工程領域鋼結構所占的份額越來越重。在鋼結構設計中節點起著傳力樞紐的作用，在整個結構中占有關鍵的地位。常用的節點按照剛度的不同可以分為剛性節點、半剛性節點和鉸接節點n]。美國北嶺和日本阪神地震表明，剛性節點因為延性差在地震中容易發生脆性破壞從而造成很大的損失；而半剛性節點由于其有良好的延性，在地震中耗能能力強，可以消耗部分地震能量，從而使地震災害降低。近年來對半剛性節點的研究越來越受重視，角鋼連接就是一種典型的半剛性節點，本文研究的是角鋼連接中的頂底角鋼連接。巴西UERJ—State大學的Lima對這種節點進行了弱軸方向的有限元分析心]，驗證了腹板有效寬度的計算公式；武漢大學的王新武等進行了這類節點滯回性能的試驗研究口’；盧小松、顧強指出已有的M一咿曲線方程不能很好地描述這種節點的曲線特性，提出了一種更好的模型r4’；李國華、顧強，對頂底角鋼連接進行了極限彎矩的探討，并提出了極限彎矩的計算公式_5]。

    角鋼連接采用高強度螺栓把梁柱連接起來，消除了焊接帶來的殘余應力和殘余變形，而且施工速度快，質量也易保證。從另一方面看，由于該連接具有較好的延性，所以抗震性能突出，能夠增加結構的阻尼、延長周期、減小振幅從而減少震害，并且具有較好的經濟效益。因此，對該類型節點的研究是很必要的。

2有限元模型

2．1  幾何模型和材料特性

    根據文獻[3]，柱長為2．7 m、梁長為1．8 m，梁柱均選用H型鋼，梁截面HM300×200×8×12、柱截面HW200×200×12×12；柱子中部與梁通過角鋼連接，柱腹板與梁上下翼緣平齊處設置柱腹板加勁肋，在距離梁末端0．1 m處設置梁腹板加勁肋并在此施加荷載。本文共建立7個模型，通過分析比較確定各因素的影響程度。具體尺寸見表1所示。其中，模型Mx．1、M X．2和Mx．3用來確定角鋼厚度的影響；模型Mx．1、Mx．4和M X．5用來確定加勁肋的影響；模型Mx．1、Mx．6和M X．7用來確定螺栓間距的影響。幾何模型和計算簡圖分別如圖1和圖2所示，S。表示柱翼緣上螺栓到梁翼緣的距離。

    靜力加載過程采用荷載控制，循環荷載過程則采用位移控制。破壞準則服從文獻[6]的要求，即當出現以下情況時可判斷試件破壞：1)當滯回曲線出現下降段時；2)后一級循環荷載的最大值小于前一級時。

    螺栓采用10．9級M20摩擦型連接高強度螺栓，材料為40Cr，屈服應力為940 MPa，摩擦系數為0．41。梁柱以及角鋼和加勁肋的材料為Q235一B，屈服強度平均值取310 MPa。

2．2有限元模型的建立

    本文采用ANsYS程序對圖1所示的節點建立了有限元計算模型，并進行非線性有限元分析。假定鋼材和螺栓是理想的彈塑性材料，服從Von Mi—ses準則，采用雙線性隨動強化準則(BKIN)。。。，考包辛格效應。梁、柱、角鋼及螺栓采用solid 45單元來模擬。角鋼與梁、柱翼緣的接觸以及螺栓與角鋼、梁、柱翼緣的接觸采用Targe 170單元和Conta 174單元來模擬。螺栓的預拉力利用Prest 179單元模擬。在建立模型時，利用對稱性只建立1／2模型。劃分網格時，梁柱采用掃略劃分。由于劃分難度較大，在節點域采用自由劃分。M X．1的有限單元模型如圖3所示。根據力學計算簡圖呻’，柱頂和柱腳位置設為鉸接節點，即在柱頂施加y，Z方向的約束，在柱腳位置施加x，y，z三個方向的約束。

3有限元分析

3．1與試驗結果的對比

    本文中模型M X．1同試驗尺寸一樣，當在梁端施加集中力時，也就是施加81．6 kN·m的彎矩時，角鋼出現塑性鉸且變形較大(如圖4、圖5所示)，此時節點的轉角為0．061 5 rad，初始剛度為7．48 MN·m／rad。而試驗中的結論是在施加79．3 kN·m的彎矩時，角鋼出現過大變形，節點的最大轉角為0．061 4 rad，初始剛度是7．8 MN·m／rad。兩者相比較，彎矩相對差異為2．9％，轉角相對差異為0．16％，初始剛度相對差異為4．1％。說明本文中所建立的模型具有足夠的精度。各個模型的分析結果詳見表2。

3．2  角鋼厚度的影響

    本文中通過模型Mx．1、Mx．2和Mx．3來探討角鋼厚度對節點承載力的影響，分別對3個模型施加循環荷載，得到它們的彎矩一轉角曲線如圖6所不。

    由圖6以及表2所對應的數據，可以得出，在施加相同位移的條件下，16 mm厚角鋼比12 mm厚角鋼的彎矩值提高了39．7％，14 mm厚的角鋼比12 mm厚角鋼的彎矩值提高了23．8％，這說明產生相同的轉角，在節點上所施加的彎矩值隨著角鋼厚度的增加而增大；并且從角鋼的應力云圖(圖7)可以看出，角鋼厚度的增加延緩了塑性鉸的產生；由此說明，角鋼厚度的增大，能使連接的承載力得到較大的提高。從表2還可以得到，16 mm厚角鋼的初始剛度比12 mm厚角鋼的初始剛度提高了21．4％，14 mm厚角鋼初始剛度比12 mm厚角鋼初始剛度提高了11．8％，可見連接的初始剛度隨著角鋼厚度的增加也有較大提高。以上所述表明，角鋼厚度的增加可以提高連接的承載力和初始剛度，而連接承載力和初始剛度的增大又在一定程度上使得連接的滯回性能得到提高；從圖6滯回曲線中可以看出，隨著角鋼厚度的增加，滯回曲線所包圍的面積增大，并且曲線趨于飽滿，這說明節點的耗能力和抗震性能提高了。所以，在鋼結構設計過程中要選擇合適的角鋼厚度，以保證連接的承載力和抗震性能。較大的角鋼厚度還可以減小螺栓由于受拉而引起的撬力。

3．3  螺栓間距的影響

    圖8表示不同的螺栓間距下，模型在循環荷載作用下的表現，分別對應于模型Mx．1，M X．6和M X．7。從圖8可以看出，在相同的循環荷載條件下，螺栓間距越小，滯回曲線越趨于飽滿，所包圍的面積也越大；這說明，螺栓間距的減小在一定程度上可以提高連接的抗震性能。由表2可以得到，螺栓間距為70mm時的初始剛度和彎矩值比螺栓間距為90 mm時分別提高了23．6％和22．1％；螺栓間距為50 mm時的初始剛度和彎矩值比螺栓間距為70 mm時分別提高了19．5％和22．7％；可知：螺栓間距對節點的初始剛度和承載力有較大影響，主要表現為可以提高初始剛度和承載力；這進一步說明了，螺栓間距的減小可以提高節點的耗能能力和抗震性能。所以在設計時，建議應在滿足構造要求的情況下盡量使螺栓間距較小。但是螺栓間距的減小又會使連接的延性降低‘…，所以螺栓間距的選擇要依據實際的情況選擇合適的距離。

3．4加勁肋厚度的影響

    如圖9(分別對應模型Mx．1，M X．4和Mx．5)所示，3種彎矩一轉角曲線的形狀變化很小，并且表2所對應的數據變化也很小，可知：加勁肋厚度的變化對節點初始剛度和耗能性能影響很小。加勁肋所承擔的荷載主要是由柱翼緣和柱腹板傳遞來的，所以由節點連接件傳遞而來的力由柱翼緣、腹板和加勁肋共同承擔，一般情況下，加勁肋所受的力是很難達到其極限承載力的，所以加勁肋厚度的變化對節點性能的影響較小。但是，如果沒有加勁肋，節點區柱翼緣和腹板就很容易產生較大的變形，使柱提前屈曲，從而導致構件失效，所以加勁肋的設置與否會對節點的性能起很重要的作用。在選擇加勁肋時，要根據構件的受力情況確定，綜合考慮其與柱腹板和翼緣之間的協調關系。

4結論與展望

4．1  結  論

    1)這種連接的滯回曲線較飽滿，節點的最大轉角符合美國AISC—LRFD規范有關延性的規定，屬于半剛性節點的范疇。鋼結構公司所有試件滯回曲線有明顯的捏縮現象，出現捏縮現象的原因是隨著荷載的增大，由于螺栓伸長以及角鋼永久塑性變形，使得角鋼肢與節點受拉區柱翼緣表面出現了分離。

    2)連接破壞形式均是在角鋼肢交接處形成塑性鉸而破壞，這是由于角鋼肢交接處應力集中，首先進入塑性，在循環荷載作用下，此處應力集中進一步加劇，最終形成塑性鉸而破壞。

    3)角鋼厚度對節點承載力、初始剛度以及抗震性能影響較大，設計時宜在滿足要求的條件下選擇較厚的角鋼，以保證連接的承載力和抗震能力。

    4)柱翼緣螺栓中一L,N梁翼緣距離的減小可以明顯地提高節點的初始剛度和承載力。

    5)加勁肋厚度的變化對節點滯回性能影響較小。

4．2展  望

    本文研究了角鋼厚度、螺栓間距以及加勁肋厚度對連接性能的影響，但影響節點性能的因素還有很多，本文并沒有考慮全面。以后的研究還要考慮其他影響因素，如：梁柱翼緣的厚度、腹板的高度以及螺栓孔的大小和螺栓的型號對其性能的影響。

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