應用ANSYS對K型主方支圓加強節點滯回曲線分析

本章採用有限元分析軟體ANSYS 14.5對所設計的節點進行數值模擬，以研究K型主方支圓加強節點在不同影響條件和不同參數變化下的承載能力。

試件採用的是主方支圓K型搭接節點，主管採取了方管，支管採用圓管。在主管內充填C30混凝土。

鋼採用Q345鋼，混凝土採用C30。其中Q345採用五段式彈塑性本構，彈性階段的彈性模量為2.1×10

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Pa，泊松比0.3。混凝土本構關係採用多線性等向強化(MISO)，關閉壓碎功能，即只採用拉應力準則，彈性模量為36325MPa，泊松比為0.2。其線性強化本構見圖2所示。

圖1 Q345鋼塑性屈服段本構曲線

圖2 混凝土拉力損傷模型

本模型主要為兩部分，一部分為主方形鋼管和支管圓形鋼管，另一部分為混凝土材料。網格模型見圖3。

圖3 網格模型

3.2 單元選擇

本章共選取了四種單元，分別為鋼管殼SHELL181單元和混凝土SOLID65單元，還有建立接觸的TARGE170和CONTA174單元。下面將對這四種單元進行分別介紹。

SHELL181單元幾何參數見圖4所示，該單元適合對薄殼體結構進行分析。它是一個4結點單元，每個結點具有6個自由度：x,y,z方向的位移自由度和繞X,Y,Z軸的轉動自由度。Shell181單元非常適用於分析線性的，大轉動變形和非線性的大形變。殼體厚度的變化是為了適應非線性分析。在該單元的應用範圍內，完全積分和降階積分都是適用的。SHELL181單元闡明了以下（荷載剛度）分布壓強的效果。 SHELL181單元可以應用在多層結構的材料，如複合層壓殼體或者夾層結構的建模。

圖4 SHELL181單元幾何參數圖

SOLID65單元幾何參數見圖5所示，該單元用於含鋼筋或不含鋼筋的三維實體模型。該實體模型可具有拉裂與壓碎的性能。在混凝土的應用方面，如用單元的實體性能來模擬混凝土，而用加筋性能來模擬鋼筋的作用。當然該單元也可用於其它方面，如加筋複合材料（如玻璃纖維）及地質材料（如岩石）。該單元具有八個節點，每個節點有三個自由度，即x,y,z三個方向的線位移；還可對三個方向的含筋情況進行定義。本單元與SOLID45單元（三維結構實體單元）的相似，只是增加了描述開裂與壓碎的性能。本單元最重要的方面在於其對材料非線性的處理。其可模擬混凝土的開裂（三個正交方向）、壓碎、塑性變形及徐變，還可模擬鋼筋的拉伸、壓縮、塑性變形及蠕變，但不能模擬鋼筋的剪切性能。

圖5 SOLID65混凝土單元幾何參數

TARGE170單元幾何參數見圖6所示，CONTA174單元幾何參數見圖7所示。TARGE170單元經常被用來表示與各種相關的接觸單元（CONTA174單元）的三維目標面。接觸單元本身覆蓋在描述變形體的邊界的實體單元上，並可能與該單元定義的目標面相接觸。目標面由一系列目標段單元離散化並且與相對應的接觸面通過共享的實常數號配成一對。你可以在目標段單元上施加任意的平移或者旋轉位移、溫度、電壓或者磁勢。

圖6 TARGE170單元幾何參數

圖7 CONTA174單元幾何參數

載入條件採用滯回循環載入。由於力不好控制，本章採用位移載入形式。位移載入為0mm→0.5mm→1mm→1.5mm→2mm→2.5mm→2.7mm→2.9mm→3.1mm→3.3mm，滯回性能研究載入位移曲線見圖8所示。

圖8位移載入過程

其滯回分析曲線見圖9所示，骨架曲線見圖10所示。從圖中可知，主支管夾角為30時的骨架曲線要比其他的抗拉抗壓性能好，承載力更大。

圖9 主支管夾角的滯回曲線

圖10 主支管夾角的骨架曲線

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