大位移常幅循環(huán)加載下鋼框架節(jié)點(diǎn)延性斷裂預(yù)測.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，超高層建筑的高度也不斷創(chuàng)新高。由于超高層建筑自振周期大，對長周期地震動(dòng)作用更為敏感，因此，提高高層或超高層結(jié)構(gòu)在長周期地震動(dòng)作用下的抗震性能成為研究熱點(diǎn)。由于我國目前的主流研究集中在結(jié)構(gòu)整體層面進(jìn)行彈塑性時(shí)程響應(yīng)分析，構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)層面的研究鮮見報(bào)導(dǎo)，考慮長周期地震動(dòng)作用影響施加相應(yīng)的循環(huán)往復(fù)荷載，并借鑒微觀機(jī)制方法預(yù)測鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)延性斷裂的可能性及開裂路徑，有助于發(fā)展鋼框架節(jié)點(diǎn)的變形能力，具有一定的理論意義。本文基于

2、國外已有試驗(yàn)成果，采用ABAQUS有限元隱式分析方法，建立與試驗(yàn)相對應(yīng)的有限元模型，施加大位移并多次往復(fù)的常幅循環(huán)荷載進(jìn)行非線性分析，并充分利用后處理數(shù)據(jù)對可能發(fā)生開裂的焊縫附近部位進(jìn)行延性開裂判別，探索等效塑性應(yīng)變、等效應(yīng)力、強(qiáng)化準(zhǔn)則等不同因素對鋼框架節(jié)點(diǎn)延性斷裂的影響。主要研究內(nèi)容和相關(guān)成果如下:
　　(1)提出本文利用微觀開裂判據(jù)的隱式分析后處理方法。通過綜合分析選用非線性分析方面具有一定優(yōu)勢的ABAQUS軟件，對比分析隱式

3、分析和顯式分析方法的適用性，確定采用隱式分析方法。提出實(shí)際算例中采用UMAT擴(kuò)展子程序后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量龐大問題，確定采用無UMAT擴(kuò)展子程序的隱式分析后處理數(shù)據(jù)并利用微觀開裂判據(jù)進(jìn)行計(jì)算的方法。
　　(2)所提出后處理方法的有效性分析。針對已有試驗(yàn)中的擴(kuò)大型焊孔梁柱節(jié)點(diǎn)、無焊孔梁柱節(jié)點(diǎn)，分別建立具有兩種幅值的常幅加載制度，后處理中結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象，提取梁柱連接處焊縫附近上翼緣的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用微觀機(jī)制結(jié)點(diǎn)開裂的判據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算分析，并與

4、試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明:所提出的后處理方法在預(yù)測相關(guān)部位首次開裂時(shí)刻更加準(zhǔn)確，后續(xù)開裂時(shí)刻的判別因無單元?jiǎng)h除處理，存在一定的計(jì)算偏差，會(huì)相對滯后。
　　(3)強(qiáng)化準(zhǔn)則的影響分析。基于等向強(qiáng)化準(zhǔn)則和隨動(dòng)強(qiáng)化準(zhǔn)則，建立DSC（基于等向強(qiáng)化的擴(kuò)大孔）系列和SSC（基于隨動(dòng)強(qiáng)化的擴(kuò)大孔）系列的有限元模型，分別施加荷載幅值比3.0和2.0的常幅循環(huán)荷載，對比分析四種滯回曲線發(fā)現(xiàn):DSC系列剛度退化程度較試驗(yàn)嚴(yán)重，但極限承載力的結(jié)果與試驗(yàn)

5、結(jié)果相對接近;SSC系列的剛度退化程度與試驗(yàn)類似，但承載力相差稍大。對于延性開裂判別，SSC系列的結(jié)果與試驗(yàn)更加接近，因此不能單純從承載力角度考慮強(qiáng)化準(zhǔn)則的適用性，應(yīng)該綜合考慮承載力和剛度。
　　(4)等效塑性應(yīng)變對延性斷裂的影響分析。從梁柱節(jié)點(diǎn)焊縫附近上翼緣的開裂信息看，等效塑性應(yīng)變開始呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，但同一路徑上的其它未開裂結(jié)點(diǎn)的等效塑性應(yīng)變值到最后幾乎不變，結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象看應(yīng)該是開裂速度發(fā)生轉(zhuǎn)變的拐點(diǎn)，因計(jì)算方法的局限性僅

6、達(dá)到該拐點(diǎn)。在此之前的首次開裂結(jié)點(diǎn)的判斷，與等效塑性應(yīng)變大小有著較為直接的關(guān)系。
　　(5)等效應(yīng)力對延性斷裂的影響分析。因上述拐點(diǎn)后的開裂受等效塑性應(yīng)變影響較小，因此針對有焊孔節(jié)點(diǎn)從等效應(yīng)力角度進(jìn)行了相應(yīng)分析。結(jié)果表明:上翼緣指定路徑上的等效應(yīng)力相差并不大，而且與首次開裂判斷時(shí)的應(yīng)力相差亦不大。但是在靠近腹板焊孔底端部位的局部應(yīng)力明顯偏大，起因于腹板焊孔底端應(yīng)力集中影響，若始于上翼緣端部的開裂與始于腹板焊孔底端的開裂會(huì)協(xié)同作用，