梁柱弱軸連接翼緣削弱型節(jié)點的試驗研究和有限元分析.pdf

1、1994年美國北嶺地震和1995年日本阪神地震中，曾經(jīng)被認為具有良好抗震性能的鋼框架梁柱連接處發(fā)現(xiàn)了大量的脆性斷裂。震后人們對鋼框架梁柱連接抗震性能進行了大量研究，提出了一種新型延性節(jié)點—翼緣削弱型節(jié)點（RBS）。翼緣削弱型節(jié)點的設(shè)計思路是，對距梁柱連接處一定距離的梁截面進行局部削弱，促使塑性鉸在梁削弱位置出現(xiàn)并擴展，避開節(jié)點域焊縫密集區(qū)，避免節(jié)點發(fā)生脆性破壞，提高節(jié)點延性性能。目前國內(nèi)外對翼緣削弱型節(jié)點的研究主要集中在梁柱強軸連接，對

2、梁柱弱軸連接研究較少。為此，本文對鋼框架梁柱弱軸栓焊混合連接翼緣削弱型節(jié)點開展了試驗研究和有限元分析。
　　 本文在參考國內(nèi)外文獻資料的基礎(chǔ)上，設(shè)計了3個鋼框架梁柱弱軸栓焊混合連接翼緣削弱型節(jié)點試件，進行了低周反復(fù)荷載作用下的試驗研究，研究了節(jié)點的破壞形態(tài)、滯回性能、承載力等。作為對比，還設(shè)計了一個普通節(jié)點試件。試驗在梁端施加低周往復(fù)荷載，4個試件的破壞形態(tài)相似，焊縫通過孔處的梁翼緣首先屈曲，進而在焊縫通過孔處出現(xiàn)裂縫并擴展，導(dǎo)

3、致試件的承載力下降并破壞，破壞位置在焊縫通過孔處的梁端。對削弱試件而言，塑性鉸沒有在梁削弱位置出現(xiàn)。試件破壞的主要原因是焊縫通過孔切割過大、表面粗糙，導(dǎo)致焊縫通過孔處產(chǎn)生應(yīng)力集中。研究結(jié)果表明:焊縫通過孔的大小和切割好壞對試件破壞及塑性鉸的出現(xiàn)有重要影響;試驗中鋼框架梁柱弱軸栓焊混合連接翼緣削弱型節(jié)點與普通節(jié)點相比，滯回曲線稍顯豐滿，滯回環(huán)面積稍大些，說明削弱參數(shù)如設(shè)置不當，未必能有效提高塑性耗能能力。
　　 基于3個翼緣削弱型

4、節(jié)點試件和1個普通節(jié)點試件試驗研究基礎(chǔ)上，利用有限元軟件ABAQUS對試驗試件進行了數(shù)值模擬分析，考慮了材料非線性、幾何非線性，研究了翼緣削弱型節(jié)點的破壞形態(tài)、滯回性能、承載力等。有限元分析結(jié)果和試驗結(jié)果較吻合。由于焊縫通過孔處梁翼緣無腹板支撐，產(chǎn)生局部屈曲，試件在梁端破壞，沒有實現(xiàn)塑性鉸外移。分析結(jié)果表明:焊縫通過孔對削弱試件的破壞形態(tài)和塑性鉸的出現(xiàn)有重要影響;試驗結(jié)果和有限元分析均顯示削弱試件與普通試件相比，承載力有所下降，所以在試

5、件設(shè)計時翼緣削弱對承載力下降的影響不能完全忽略;梁翼緣有、無削弱以及焊縫通過孔對試件關(guān)鍵部位應(yīng)力變化影響很大。
　　 此外，為了考慮焊縫通過孔對試驗試件的影響，對試驗試件進行了改進，設(shè)計了無焊縫通過孔翼緣削弱型節(jié)點試件和梁拼接點焊縫通過孔在削弱位置外側(cè)翼緣削弱型節(jié)點試件，同樣利用有限元軟件ABAQUS進行數(shù)值模擬分析。分析結(jié)果表明:無焊縫通過孔和梁拼接點焊縫通過孔在削弱位置外側(cè)的翼緣削弱型節(jié)點試件均實現(xiàn)了塑性鉸外移，與普通試件相