鋼框架結(jié)構(gòu)典型震害的計(jì)算機(jī)模擬研究.pdf

1、在1994年美國北嶺地震和1995年日本阪神地震中，發(fā)生了大量鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)的脆性破壞。這個現(xiàn)象引發(fā)了國內(nèi)外的大量試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬研究。計(jì)算機(jī)軟件和硬件的飛速發(fā)展，為鋼框架結(jié)構(gòu)震害的計(jì)算機(jī)模擬創(chuàng)造了條件。地震反應(yīng)的計(jì)算機(jī)模擬可以為工程結(jié)構(gòu)抗震研究提供了強(qiáng)有力的工具。鋼框架結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的計(jì)算機(jī)模擬不僅可以為解釋鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)破壞現(xiàn)象提供依據(jù)，而且可以為建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供工具。
　　梁柱節(jié)點(diǎn)焊縫斷裂是鋼框架結(jié)構(gòu)震害中的典型破壞模式

2、，本課題研究的目標(biāo)是對鋼框架結(jié)構(gòu)這種典型的震害進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。要模擬鋼框架結(jié)構(gòu)的震害，就必須準(zhǔn)確地確定構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的剛度。地震荷載作用與靜力荷載作用相比，構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)和整個體系的剛度并沒有多大變化，因此本課題首先研究靜力荷載作用下梁柱節(jié)點(diǎn)的剛度，建立節(jié)點(diǎn)模型。再通過模擬靜力循環(huán)荷載作用下梁柱節(jié)點(diǎn)滯回性能，來間接驗(yàn)證該模型能否模擬地震荷載作用下梁柱節(jié)點(diǎn)滯回性能。然后，結(jié)合斷裂力學(xué)研究了梁柱節(jié)點(diǎn)焊縫的斷裂性能。最終，建立模型對鋼框架結(jié)構(gòu)典型震害

3、進(jìn)行模擬。
　　本文主要研究內(nèi)容和相應(yīng)的研究成果概括如下：
　　1.通過對鋼框架結(jié)構(gòu)在靜力豎向荷載和水平荷載作用下破壞現(xiàn)象和規(guī)律的分析，說明梁柱節(jié)點(diǎn)受力大、強(qiáng)度低是造成地震中大量鋼框架結(jié)構(gòu)房屋梁柱節(jié)點(diǎn)焊縫開裂的主要原因。
　　2.通過試驗(yàn)結(jié)果與有限元模型計(jì)算結(jié)果的比較，驗(yàn)證可以用殼元有限元模型來研究梁柱節(jié)點(diǎn)性能，實(shí)體有限元模型能很好模擬接觸問題和預(yù)拉力問題，混凝土有限元模型能夠較好的模擬混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度高和抗拉強(qiáng)度

4、低的特性。
　　3.分別對工字梁與H型鋼柱翼緣連接節(jié)點(diǎn)、工字梁與H型鋼柱腹板連接節(jié)點(diǎn)和工字梁與箱形柱連接節(jié)點(diǎn)，在靜力荷載作用下的剛度、強(qiáng)度和變形特點(diǎn)進(jìn)行了研究。
　　基于1978年Krawinkler提出的節(jié)點(diǎn)域模型和一維邊界面理論，建立了工字梁與H型鋼柱翼緣連接節(jié)點(diǎn)模型。
　　根據(jù)對工字梁與H型鋼柱腹板連接的節(jié)點(diǎn)域和梁翼緣連接板剛度、強(qiáng)度和變形特點(diǎn)的研究，建立了工字梁與H型鋼柱腹板連接節(jié)點(diǎn)的模型。
　　根據(jù)對工

5、字梁與箱形柱連接的節(jié)點(diǎn)域和隔板剛度、強(qiáng)度和變形特點(diǎn)的研究，建立了工字梁與箱形柱連接節(jié)點(diǎn)的模型。
　　4.通過對鋼框架在水平靜力荷載作用下，梁柱節(jié)點(diǎn)焊縫應(yīng)力強(qiáng)度因子的分布規(guī)律和影響因素的研究，發(fā)現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)焊縫應(yīng)力強(qiáng)度因子與梁截面高度、寬度和腹板厚度是增函數(shù)關(guān)系，與柱截面高度、寬度、翼緣厚度和腹板厚度是減函數(shù)關(guān)系，隨梁長度增加而減小，隨柱長度增加而增大。梁翼緣寬度對應(yīng)力強(qiáng)度因子最大值與平均值比值的影響最大。
　　通過對鋼框架在豎

6、向靜力荷載作用下，梁柱節(jié)點(diǎn)焊縫應(yīng)力強(qiáng)度因子的分布規(guī)律和影響因素的研究，發(fā)現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)焊縫應(yīng)力強(qiáng)度因子沿梁翼緣寬度方向的分布趨于均勻。梁腹板厚度對應(yīng)力強(qiáng)度因子影響很小，可以忽略。
　　5.通過對組合節(jié)點(diǎn)的研究，發(fā)現(xiàn)相同彎矩荷載作用下，樓板對梁上翼緣和梁下翼緣節(jié)點(diǎn)焊縫開裂都有一定的保護(hù)作用。當(dāng)樓板受壓時，隨著彎矩的不斷增大，樓板的有效寬度先是快速減少，然后緩慢減少；當(dāng)樓板受拉時，隨著彎矩的不斷增大，樓板的有效寬度先是減少，然后增加。