梁柱弱軸連接翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究和有限元分析.pdf

1、1994年美國(guó)北嶺地震和1995年日本阪神地震中，曾經(jīng)被認(rèn)為具有良好抗震性能的鋼框架梁柱連接處發(fā)現(xiàn)了大量的脆性斷裂。震后人們對(duì)鋼框架梁柱連接抗震性能進(jìn)行了大量研究，提出了一種新型延性節(jié)點(diǎn)—翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)（RBS）。翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路是，對(duì)距梁柱連接處一定距離的梁截面進(jìn)行局部削弱，促使塑性鉸在梁削弱位置出現(xiàn)并擴(kuò)展，避開(kāi)節(jié)點(diǎn)域焊縫密集區(qū)，避免節(jié)點(diǎn)發(fā)生脆性破壞，提高節(jié)點(diǎn)延性性能。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)的研究主要集中在梁柱強(qiáng)軸連接，對(duì)

2、梁柱弱軸連接研究較少。為此，本文對(duì)鋼框架梁柱弱軸栓焊混合連接翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)開(kāi)展了試驗(yàn)研究和有限元分析。
　　 本文在參考國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了3個(gè)鋼框架梁柱弱軸栓焊混合連接翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)試件，進(jìn)行了低周反復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)研究，研究了節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)、滯回性能、承載力等。作為對(duì)比，還設(shè)計(jì)了一個(gè)普通節(jié)點(diǎn)試件。試驗(yàn)在梁端施加低周往復(fù)荷載，4個(gè)試件的破壞形態(tài)相似，焊縫通過(guò)孔處的梁翼緣首先屈曲，進(jìn)而在焊縫通過(guò)孔處出現(xiàn)裂縫并擴(kuò)展，導(dǎo)

3、致試件的承載力下降并破壞，破壞位置在焊縫通過(guò)孔處的梁端。對(duì)削弱試件而言，塑性鉸沒(méi)有在梁削弱位置出現(xiàn)。試件破壞的主要原因是焊縫通過(guò)孔切割過(guò)大、表面粗糙，導(dǎo)致焊縫通過(guò)孔處產(chǎn)生應(yīng)力集中。研究結(jié)果表明:焊縫通過(guò)孔的大小和切割好壞對(duì)試件破壞及塑性鉸的出現(xiàn)有重要影響;試驗(yàn)中鋼框架梁柱弱軸栓焊混合連接翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)與普通節(jié)點(diǎn)相比，滯回曲線稍顯豐滿，滯回環(huán)面積稍大些，說(shuō)明削弱參數(shù)如設(shè)置不當(dāng)，未必能有效提高塑性耗能能力。
　　 基于3個(gè)翼緣削弱型

4、節(jié)點(diǎn)試件和1個(gè)普通節(jié)點(diǎn)試件試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，利用有限元軟件ABAQUS對(duì)試驗(yàn)試件進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，考慮了材料非線性、幾何非線性，研究了翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)、滯回性能、承載力等。有限元分析結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果較吻合。由于焊縫通過(guò)孔處梁翼緣無(wú)腹板支撐，產(chǎn)生局部屈曲，試件在梁端破壞，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)塑性鉸外移。分析結(jié)果表明:焊縫通過(guò)孔對(duì)削弱試件的破壞形態(tài)和塑性鉸的出現(xiàn)有重要影響;試驗(yàn)結(jié)果和有限元分析均顯示削弱試件與普通試件相比，承載力有所下降，所以在試

5、件設(shè)計(jì)時(shí)翼緣削弱對(duì)承載力下降的影響不能完全忽略;梁翼緣有、無(wú)削弱以及焊縫通過(guò)孔對(duì)試件關(guān)鍵部位應(yīng)力變化影響很大。
　　 此外，為了考慮焊縫通過(guò)孔對(duì)試驗(yàn)試件的影響，對(duì)試驗(yàn)試件進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了無(wú)焊縫通過(guò)孔翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)試件和梁拼接點(diǎn)焊縫通過(guò)孔在削弱位置外側(cè)翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)試件，同樣利用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行數(shù)值模擬分析。分析結(jié)果表明:無(wú)焊縫通過(guò)孔和梁拼接點(diǎn)焊縫通過(guò)孔在削弱位置外側(cè)的翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)試件均實(shí)現(xiàn)了塑性鉸外移，與普通試件相