大位移常幅循環(huán)加載下鋼框架節(jié)點延性斷裂預測.pdf

1、隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，超高層建筑的高度也不斷創(chuàng)新高。由于超高層建筑自振周期大，對長周期地震動作用更為敏感，因此，提高高層或超高層結(jié)構(gòu)在長周期地震動作用下的抗震性能成為研究熱點。由于我國目前的主流研究集中在結(jié)構(gòu)整體層面進行彈塑性時程響應分析，構(gòu)件和節(jié)點層面的研究鮮見報導，考慮長周期地震動作用影響施加相應的循環(huán)往復荷載，并借鑒微觀機制方法預測鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點延性斷裂的可能性及開裂路徑，有助于發(fā)展鋼框架節(jié)點的變形能力，具有一定的理論意義。本文基于

2、國外已有試驗成果，采用ABAQUS有限元隱式分析方法，建立與試驗相對應的有限元模型，施加大位移并多次往復的常幅循環(huán)荷載進行非線性分析，并充分利用后處理數(shù)據(jù)對可能發(fā)生開裂的焊縫附近部位進行延性開裂判別，探索等效塑性應變、等效應力、強化準則等不同因素對鋼框架節(jié)點延性斷裂的影響。主要研究內(nèi)容和相關(guān)成果如下:
　　(1)提出本文利用微觀開裂判據(jù)的隱式分析后處理方法。通過綜合分析選用非線性分析方面具有一定優(yōu)勢的ABAQUS軟件，對比分析隱式

3、分析和顯式分析方法的適用性，確定采用隱式分析方法。提出實際算例中采用UMAT擴展子程序后的數(shù)據(jù)存儲量龐大問題，確定采用無UMAT擴展子程序的隱式分析后處理數(shù)據(jù)并利用微觀開裂判據(jù)進行計算的方法。
　　(2)所提出后處理方法的有效性分析。針對已有試驗中的擴大型焊孔梁柱節(jié)點、無焊孔梁柱節(jié)點，分別建立具有兩種幅值的常幅加載制度，后處理中結(jié)合試驗現(xiàn)象，提取梁柱連接處焊縫附近上翼緣的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用微觀機制結(jié)點開裂的判據(jù)進行統(tǒng)計和計算分析，并與

4、試驗結(jié)果進行對比。結(jié)果表明:所提出的后處理方法在預測相關(guān)部位首次開裂時刻更加準確，后續(xù)開裂時刻的判別因無單元刪除處理，存在一定的計算偏差，會相對滯后。
　　(3)強化準則的影響分析。基于等向強化準則和隨動強化準則，建立DSC（基于等向強化的擴大孔）系列和SSC（基于隨動強化的擴大孔）系列的有限元模型，分別施加荷載幅值比3.0和2.0的常幅循環(huán)荷載，對比分析四種滯回曲線發(fā)現(xiàn):DSC系列剛度退化程度較試驗嚴重，但極限承載力的結(jié)果與試驗

5、結(jié)果相對接近;SSC系列的剛度退化程度與試驗類似，但承載力相差稍大。對于延性開裂判別，SSC系列的結(jié)果與試驗更加接近，因此不能單純從承載力角度考慮強化準則的適用性，應該綜合考慮承載力和剛度。
　　(4)等效塑性應變對延性斷裂的影響分析。從梁柱節(jié)點焊縫附近上翼緣的開裂信息看，等效塑性應變開始呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，但同一路徑上的其它未開裂結(jié)點的等效塑性應變值到最后幾乎不變，結(jié)合試驗現(xiàn)象看應該是開裂速度發(fā)生轉(zhuǎn)變的拐點，因計算方法的局限性僅

6、達到該拐點。在此之前的首次開裂結(jié)點的判斷，與等效塑性應變大小有著較為直接的關(guān)系。
　　(5)等效應力對延性斷裂的影響分析。因上述拐點后的開裂受等效塑性應變影響較小，因此針對有焊孔節(jié)點從等效應力角度進行了相應分析。結(jié)果表明:上翼緣指定路徑上的等效應力相差并不大，而且與首次開裂判斷時的應力相差亦不大。但是在靠近腹板焊孔底端部位的局部應力明顯偏大，起因于腹板焊孔底端應力集中影響，若始于上翼緣端部的開裂與始于腹板焊孔底端的開裂會協(xié)同作用，