鋼框架板式加強(qiáng)型焊接節(jié)點(diǎn)的斷裂性能分析.pdf

1、國(guó)內(nèi)外重大震害調(diào)查結(jié)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(kāi)裂，屬于節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)。由于經(jīng)典斷裂強(qiáng)度理論是針對(duì)構(gòu)件或焊縫存在的初始缺陷為研究對(duì)象，分析過(guò)程中需預(yù)先假定裂紋幾何尺寸，因此不適用于梁柱節(jié)點(diǎn)斷裂機(jī)理的彈塑性分析。為深入研究鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)在地震荷載作用下的破壞機(jī)理，本文結(jié)合已有的加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)擬靜力試驗(yàn)，采用各種斷裂性能指標(biāo)，對(duì)考慮焊接殘余應(yīng)力的板式加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)的斷裂性能開(kāi)展一系列研究，主要內(nèi)容包括：
　　1.

2、針對(duì)鋼框架焊接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了各斷裂性能指標(biāo)--VonMises應(yīng)力(等效應(yīng)力)、靜水壓力(平均應(yīng)力)、應(yīng)力比N、等效塑性應(yīng)變、累積塑性應(yīng)變?cè)隽?、等效塑性?yīng)變指數(shù)PI、應(yīng)力三軸度Rσ和開(kāi)裂指數(shù)RI--的斷裂特性的理論研究。
　　2.運(yùn)用有限元軟件ANSYS采用熱-結(jié)構(gòu)間接耦合法和“生死”單元功能對(duì)加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)試件-翼緣板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)(矩形板和楔形板)和蓋板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)(矩形板和楔形板)-的瞬態(tài)焊接過(guò)程進(jìn)行了分析，得到了焊接溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力應(yīng)變

3、的分布及發(fā)展規(guī)律：焊縫及近焊縫區(qū)形成內(nèi)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(yīng)力產(chǎn)生的主要原因；蓋板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)在焊縫高度不一致處的等效殘余應(yīng)力發(fā)生突變，超過(guò)材料屈服強(qiáng)度，發(fā)生脆性斷裂的可能性很大。
　　3.對(duì)試驗(yàn)中的普通節(jié)點(diǎn)和加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了循環(huán)荷載作用下三維結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性有限元延性和斷裂性能分析，并與試驗(yàn)結(jié)果和不考慮焊接殘余應(yīng)力的模型進(jìn)行對(duì)比。蓋板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)在梁端對(duì)接焊縫的中間和邊緣最易發(fā)生脆性斷裂，與試驗(yàn)

4、現(xiàn)象相符。并根據(jù)試驗(yàn)破壞現(xiàn)象，給予評(píng)估斷裂性能的參考值：當(dāng)開(kāi)裂指數(shù)2040，發(fā)生脆性破壞。焊接殘余應(yīng)力對(duì)開(kāi)裂指數(shù)(RI)影響很大，即對(duì)節(jié)點(diǎn)斷裂性能的影響很大，但對(duì)結(jié)構(gòu)整體受力影響不大。應(yīng)采取有效措施降低最大殘余拉應(yīng)力，減小應(yīng)力集中，降低節(jié)點(diǎn)發(fā)生脆性斷裂的可能性，保證節(jié)點(diǎn)的延性和抗震性能。
　　4.研究了節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)板的參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能和斷裂性能的的影響規(guī)律，給出了板式加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)的參數(shù)取值范圍：建議

5、翼緣板和蓋板長(zhǎng)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(duì)比分析了六種不同構(gòu)造形式的焊接節(jié)點(diǎn)，有直接擴(kuò)翼型節(jié)點(diǎn)(WFS)、側(cè)板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)(SPS)、翼緣板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)(FPS)、蓋板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)(CPS)、狗骨削弱型節(jié)點(diǎn)(RBS)和普通節(jié)點(diǎn)(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?yàn)?/p>