能量釋放率對栓焊鋼節(jié)點的脆斷性能的影響.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)以其良好的力學(xué)性能、經(jīng)濟性能和使用性能廣泛地應(yīng)用在大型工業(yè)設(shè)備、廠房、橋梁等領(lǐng)域，尤其是在建筑上。但是在北嶺地震(Northridge Earthquake)和阪神地震(Hyogoken-Nanbu Earthquake)中可以看到，許多鋼結(jié)構(gòu)建筑的倒塌破壞是由于焊接梁柱節(jié)點的失效破壞引起的，其中多數(shù)情況下是因為焊接工藝的影響，在鋼節(jié)點連接中出現(xiàn)了裂紋而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性斷裂。目前國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中對鋼

2、結(jié)構(gòu)脆性斷裂的控制還很不完善，不能夠?qū)?gòu)件是否發(fā)生脆性斷裂進行定量的準(zhǔn)確判斷和分析。
　　 針對北嶺地震中失效的鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊連接節(jié)點，本論文以斷裂力學(xué)作為理論依據(jù)，利用Ⅰ型裂紋模式，采用線彈性階段下J積分理論相當(dāng)于能量釋放率理論作為本論文的研究前提，應(yīng)用了大型有限元軟件ABAQUS6.9.1，選用了低碳鋼Q235B，使用了不同截面形狀和尺寸的梁柱栓接節(jié)點，利用了倒塌單元技術(shù)模擬裂紋尖端處的奇異應(yīng)力場，模擬了六組節(jié)點試件，分析了

3、焊縫裂紋尖端附近的能量釋放率對鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點脆性斷裂性能影響，為對以后鋼結(jié)構(gòu)脆斷的判斷和分析提供相關(guān)依據(jù)。結(jié)果表明：裂紋尖端處的最大能量釋放率發(fā)生在梁下翼緣處。在相同荷載作用下裂紋尖端處的能量釋放率會隨著梁柱截面的增大而減小。柱截面不變時隨著梁截面的增大而減小，隨著彈性模量的增大而減小，隨著回轉(zhuǎn)半徑的增加而變大，即梁截面慣性矩大的節(jié)點承載能力強。方鋼柱H型梁節(jié)點的斷裂性能較H型鋼節(jié)點好，其裂紋尖端處的最大能量釋放率在相同荷載作用下較H型鋼柱

4、的小。兩種連接節(jié)點發(fā)生裂紋失穩(wěn)破壞時的位置不同，H型鋼柱節(jié)點在柱焊縫界面處的中心，而方鋼型柱節(jié)點發(fā)生在柱焊縫界面處150mm的邊緣。
　　 此外，梁下翼緣位置裂紋先于上翼緣處開裂，裂紋尖端處在達到最大能量釋放率前，上翼緣處的裂紋連同其對應(yīng)的柱的加勁肋會先后發(fā)生屈曲，降低了下翼緣位置處的裂紋尖端的臨界能量釋放率。裂紋尖端處能量釋放率不受荷載作用位置的影響。只要荷載達到了斷裂韌性，裂紋就會失穩(wěn)擴展。另外，材料的彈性模量會影響裂紋尖端