钢框架腋板加强型焊接节点断裂性能研究

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长期以来传统梁柱连接节点通常是全焊接或栓焊混合的刚性连接节点,然而在美国北岭地震和日本阪神地震中,大量的梁柱节点连接处产生了脆性断裂。钢框架腋板加强型节点包括对称式腋板加强型节点和非对称腋板加强型节点,通过梁上下翼缘进行局部截面加强,将塑性铰自梁端外移到距柱面一定距离的梁上,有效的实现抗震规范中的“强节点弱构件”的设计思想,避免发生脆性破坏。然而试验中发现,这种非对称腋板加强型节点在腋板末端和翼缘过渡板末端焊缝处产生了裂纹。因此,本文结合钢框架加强型节点拟静力试验,对考虑焊接残余应力的腋板加强型节点的断裂性能开展一系列研究,主要内容包括:本文建立了考虑焊缝处焊接残余应力应变场的三维有限元模型,以热弹塑性有限元理论为基础,采用热-结构间接耦合分析,利用ANSYS分析程序来模拟试验中的四个加强节点以及一个普通节点的焊接应力应变场,并与试验结果和不考虑焊接残余应力的模型进行对比。通过分析节点薄弱部位的等效塑性应变指数(PI)和开裂指数(RI)等断裂性能指标,比较出五种节点断裂性能的优劣。分析表明,四种加强型节点断裂指标最大值均发生在加强板末端以外的梁上,普通节点在梁柱对接焊缝附近的焊缝通过孔处最易发生脆性断裂,与试验现象相符。焊接残余应力对结构整体受力影响不大,但对开裂指数(RI)影响很大,即对节点断裂性能的影响很大。本文还结合了已有的节点加强板参数对五种加强型节点与一种普通节点进行了断裂性能的综合对比分析,加强型节点包括非对称腋板加强型节点(AHP)、对称式腋板加强型节点(SHP)、翼缘板加强型节点(FPS)、盖板加强型节点(CPS)、侧板加强型节点(SPS),断裂性能的优劣次序为:AHP>FPS>SHP>SPS>CPS>NFS。非对称腋板加强型节点(AHP)的断裂性能最好,翼缘板加强型节点次之,推荐广泛使用这两种加强型节点。
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