鋼框架板式加強型焊接節(jié)點的斷裂性能分析.pdf

1、國內外重大震害調查結果表明，鋼框架梁柱連接焊縫在地震荷載作用下易發(fā)生脆性開裂，屬于節(jié)點設計的薄弱環(huán)節(jié)。由于經(jīng)典斷裂強度理論是針對構件或焊縫存在的初始缺陷為研究對象，分析過程中需預先假定裂紋幾何尺寸，因此不適用于梁柱節(jié)點斷裂機理的彈塑性分析。為深入研究鋼框架梁柱節(jié)點在地震荷載作用下的破壞機理，本文結合已有的加強型節(jié)點擬靜力試驗，采用各種斷裂性能指標，對考慮焊接殘余應力的板式加強型節(jié)點的斷裂性能開展一系列研究，主要內容包括：
　　1.

2、針對鋼框架焊接節(jié)點進行了各斷裂性能指標--VonMises應力(等效應力)、靜水壓力(平均應力)、應力比N、等效塑性應變、累積塑性應變增量、等效塑性應變指數(shù)PI、應力三軸度Rσ和開裂指數(shù)RI--的斷裂特性的理論研究。
　　2.運用有限元軟件ANSYS采用熱-結構間接耦合法和“生死”單元功能對加強型節(jié)點試件-翼緣板加強型節(jié)點(矩形板和楔形板)和蓋板加強型節(jié)點(矩形板和楔形板)-的瞬態(tài)焊接過程進行了分析，得到了焊接溫度場、殘余應力應變

3、的分布及發(fā)展規(guī)律：焊縫及近焊縫區(qū)形成內凹的收縮殘余變形；焊縫方向的縱向收縮受到限制是焊接殘余應力產(chǎn)生的主要原因；蓋板加強型節(jié)點在焊縫高度不一致處的等效殘余應力發(fā)生突變，超過材料屈服強度，發(fā)生脆性斷裂的可能性很大。
　　3.對試驗中的普通節(jié)點和加強型節(jié)點進行了循環(huán)荷載作用下三維結構非線性有限元延性和斷裂性能分析，并與試驗結果和不考慮焊接殘余應力的模型進行對比。蓋板加強型節(jié)點和普通節(jié)點在梁端對接焊縫的中間和邊緣最易發(fā)生脆性斷裂，與試驗

4、現(xiàn)象相符。并根據(jù)試驗破壞現(xiàn)象，給予評估斷裂性能的參考值：當開裂指數(shù)2040，發(fā)生脆性破壞。焊接殘余應力對開裂指數(shù)(RI)影響很大，即對節(jié)點斷裂性能的影響很大，但對結構整體受力影響不大。應采取有效措施降低最大殘余拉應力，減小應力集中，降低節(jié)點發(fā)生脆性斷裂的可能性，保證節(jié)點的延性和抗震性能。
　　4.研究了節(jié)點加強板的參數(shù)對節(jié)點受力性能和斷裂性能的的影響規(guī)律，給出了板式加強型節(jié)點的參數(shù)取值范圍：建議

5、翼緣板和蓋板長度取0.5-0.8倍的梁高，翼緣板和蓋板厚度分別取1.2-1.4倍和0.7-1.2倍的梁翼緣厚度。
　　5.綜合對比分析了六種不同構造形式的焊接節(jié)點，有直接擴翼型節(jié)點(WFS)、側板加強型節(jié)點(SPS)、翼緣板加強型節(jié)點(FPS)、蓋板加強型節(jié)點(CPS)、狗骨削弱型節(jié)點(RBS)和普通節(jié)點(NFS)，塑性鉸分別在距柱翼緣200mm、260mm、280mm、260mm、200mm、30mm處出現(xiàn)，斷裂性能的優(yōu)劣次序為