顶底角钢连接被广泛用于钢框架结构中，由于钢框架节点力学性能优良，其主要被用作梁柱连接的构件。相关的有限元分析研究表明，设置了加劲肋的角钢能够有效提高节点的初始刚度、屈服和极限荷载，减小节点的变形，从而改善节点的抗震性能。基于上述优点，同时具有安装更换方便、性价比高等特点，（带肋）角钢被用作装配式框架结构节点中主要的耗能件。装配式框架结构是土木工程结构未来的发展方向，随着该种结构的应用越来越多，有必要对其主要耗能件—角钢的力学性能进行研究。
      国内外的研究主要集中在框架节点的抗震性能研究，对角钢本身的研究较少。J.Shen和A.Astaneh-Asl，MariaM.Garlock等对角钢试件在低周往复荷载下的力学性能进行了试验研究，如图所示，采用螺栓连接的角钢试件背对背放置，竖肢和水平肢分别固定在模拟的钢柱和梁翼缘板上。MariaM.Garlock等根据试验结果提出了角钢的荷载-位移关系模型，包括连接的初始刚度、屈服后刚度、屈服荷载等，理论计算的结果与试验结果吻合较好。
      在现有试验、理论研究的基础上，蔡小宁等提出了修正后的角钢拉压恢复力模型，该模型包括初始受拉刚度、受拉屈服后刚度、初始受压刚度和受拉、受压屈服荷载等。通过与3个采用顶底角钢连接的框架节点的低周往复加载试验、振动台试验的结果比较，证明了该角钢拉压恢复力模型的正确性。
      参考文献中的试验设计，有限元分析的角钢节点如图4所示，角钢的竖肢通过高强度螺栓与模拟柱肢（固定的钢板）连接，在角钢水平肢的端部横截面施加水平荷载。角钢规格为180mm×180mm×12mm，加劲肋尺寸为130mm×130mm×10mm，其分别设置在角钢的中部和两端。由于角钢水平肢受压时位移很小，因此本文主要研究在单调拉力荷载下角钢的荷载-位移关系。
      模拟柱肢的钢板、角钢和高强度螺栓均采用双线性等向强化模型（bilinearisotropichardingmodel），材料参数详见表。该模型使用双线性来表示应力-应变曲线，采用等向强化的VonMises屈服准则，一般用于初始各向同性材料的大应变问题。
      钢板、角钢和高强度螺栓均采用Solid45单元。如图所示，Solid45单元用于三维实体结构模型，该单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变的特征。
      高强度螺栓、角钢和钢板之间的接触对单元采用CONTA173、CONTA174和TARGE170。接触单元（CONTA173、CONTA174）与目标单元（TARGE170）连用可模拟接触面与目标面之间的接触与滑移状态。
      高强度螺栓的预拉力通过在预紧面上插入预紧单元PRETS179来实现。如图7所示，结构被划分为二维或三维单元后，预紧单元PRETS179被用来定义对应的预紧截面。PRETS179单元有一个位移自由度（即被定义的预紧方向），该单元仅能使用拉伸载荷，忽略弯曲或扭转载荷。
      在高强度螺栓的指定截面选取单元和节点生成预拉伸截面，插入预紧单元PRETS179后可施加预拉力。在有限元模型上可查看预拉伸单元被创建的具体位置，同时软件可以模拟高强度螺栓施加预拉力的过程和先后顺序。
      建模时利用模型的对称性，建立一半的模型，然后利用软件的显示设置中“扩展模型”功能显示完整的模型，如图所示。钢板、角钢采用先建立面，然后拉伸成体的方法建模；螺栓采用直接建立体的方式建模。

                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│CAE分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！