Y型矩形管節(jié)點滯回性能與應用的研究.pdf

1、鋼管結構具有外形美觀、結構性能優(yōu)越、施工工期短等多方面優(yōu)點，因而在海洋平臺、大跨度屋蓋、輸電線塔、高層建筑等土木工程領域得到廣泛應用。鋼管節(jié)點作為鋼管結構的重要組成部分，其性能受到研究人員的長期關注。已完成的研究工作主要集中于鋼管節(jié)點的靜力及高周疲勞性能，并形成了成熟的靜力及疲勞設計方法。但對鋼管節(jié)點抗震性能的研究較少，造成目前在役鋼管結構的抗震性能評估及新建鋼管結構的抗震設計存在諸多不確定性。有鑒于此，為進一步完善鋼管結構的研究和推廣

2、使用鋼管結構，有必要深入研究鋼管節(jié)點及鋼管結構的抗震性能。本文對Y型矩形管-管節(jié)點和Y型縱向板-矩形管節(jié)點的滯回性能進行了試驗、有限元和理論分析。具體內(nèi)容如下：
　　（1）進行了10個Y型矩形管-管節(jié)點及8個Y型縱向板-矩形管節(jié)點的擬靜力試驗。試驗中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)節(jié)點在弦管表面沿某條關鍵點連線形成穿透裂縫后不久，即由于裂縫迅速擴展導致試驗停止。據(jù)此提出可將弦管表面沿關鍵點連線形成穿透裂縫視作節(jié)點穩(wěn)定工作階段結束的標志，并根據(jù)節(jié)點穩(wěn)定

3、工作階段性能對其滯回性能進行合理評價。試驗節(jié)點的滯回曲線均比較飽滿。通過試驗研究了去應力退火處理和幾何參數(shù)對節(jié)點穩(wěn)定工作階段滯回性能的影響。結果表明，退火后，節(jié)點的延性比及累積能量耗散比明顯增大。隨支弦管夾角增大，退火管-管節(jié)點的延性比略有減小，板-管節(jié)點的延性比、累積延性比及累積能量耗散比明顯增大。隨著弦管寬厚比減小，管-管節(jié)點的累積延性比及累積能量耗散比減小。隨節(jié)點板有效厚度與弦管寬度比增大，板-管節(jié)點的延性比及累積能量耗散比增大。

4、
　　（2）基于雙線性強化模型及簡化的Lemaitre損傷模型，建立了考慮損傷演化的混合強化本構模型，通過編制有限元程序 ANSYS的用戶子程序實現(xiàn)。給出了利用單軸拉伸材料常數(shù)計算材料損傷參數(shù)的近似方法。采用此本構模型考慮材料損傷，對本文的節(jié)點試驗進行了有限元模擬。與試驗中節(jié)點開裂部位相對應，定義了三維有限元模型的關鍵體元和關鍵面域。基于損傷耗散能值，給出了有限元模型中關鍵部位形成穿透裂縫的判斷方法，從而可預測節(jié)點的穩(wěn)定工作壽命。

5、模擬試驗的結果表明，本文提出的考慮損傷的有限元法可用于分析Y型矩形管-管節(jié)點和Y型縱向板-矩形管節(jié)點穩(wěn)定工作階段的滯回性能。
　?。?）采用有限元法分析了加載制度對 Y型矩形管-管節(jié)點和Y型縱向板-矩形管節(jié)點穩(wěn)定工作階段滯回性能的影響，得出以下結論：1）在等幅對稱加載時隨位移幅值增大，節(jié)點的穩(wěn)定工作壽命降低，管-管節(jié)點的累積延性比和累積能量耗散比先減小后增大，板-管節(jié)點的累積延性比減小，板-管節(jié)點的累積能量耗散比先增大后減小。2）

6、若位移幅值不變，適當?shù)氖芾蚴軌浩骄悼梢孕》岣吖?管節(jié)點的穩(wěn)定工作壽命，并導致管-管節(jié)點的累積延性比、累積能量耗散比增大；但受拉或受壓平均幅值降低了板-管節(jié)點的穩(wěn)定工作壽命，并導致板-管節(jié)點的累積延性比和累積能量耗散比減小。
　　通過有限元分析，給出了穩(wěn)定工作階段滯回性能較好的節(jié)點幾何參數(shù)范圍，可供工程應用時參考。
　?。?）基于有限元分析結果，提出了Y型矩形管-管節(jié)點和Y型縱向板-矩形管節(jié)點的簡化恢復力模型，通過編制

7、 ANSYS程序的用戶自定義單元子程序實現(xiàn)。采用自定義單元模擬本文的節(jié)點試驗，得到的滯回曲線與考慮損傷的三維有限元模型計算所得曲線吻合較好。在對整體結構的抗震性能進行有限元分析時，采用自定義單元替代三維有限元模型來模擬節(jié)點的滯回行為可顯著簡化有限元建模及分析過程。
　?。?）鑒于Y型矩形管-管節(jié)點和Y型縱向板-矩形管節(jié)點良好的滯回性能，提出了利用上述節(jié)點耗能的支撐體系。選取文獻中單層單跨框架結構作為基本結構，采用含Y型矩形管-管節(jié)