基于等效结构应力的钢框架焊接梁柱节点低周疲劳评估

在地震作用下钢框架梁柱焊接节点会发生低周疲劳现象,进而导致结构发生破坏。本文基于等效结构应力法提出一种高层钢框架梁柱焊接节点低周疲劳评估方法。首先,结合有限元多尺度模拟方法,建立包含翼缘及腹板焊缝细节的钢框架梁柱焊接节点多尺度模型。其次,利用不同单元尺寸多尺度模型,验证结构应力的网格不敏感特性,进而通过等效结构应力法评估钢框架梁柱焊接节点的疲劳寿命。结果表明,采用等效结构应力法可消除网格的敏感性,在往复荷载作用下,靠近工艺孔焊缝应力水平高于远离工艺孔焊缝,翼缘中心焊缝寿命最低,裂纹最先产生于翼缘焊缝中心处,评估方法为实际工程提供技术支持。

钢框架焊接节点局部屈曲累积损伤分析

为解决试验和三维有限元方法在模拟结构地震作用下的局限性,在构件阶段寻找损伤退化的影响因素以及退化特征对改进杆系模型计算的准确性显得尤为重要.采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,结合国内外已有的钢框架焊接节点拟静力试验,验证了建立的有限元模型对模拟局部屈曲的准确性和适用性.通过算例参数分析,对钢框架梁柱节点局部屈曲累积损伤现象进行深入探讨,得到节点局部屈曲累积损伤退化分布曲线形式并分析影响因素,进而得到节点强度退化的规律,为提出考虑损伤退化的杆系模型提供有力的工具.参数分析结果表明:剪切域强弱以及板件宽厚比对于节点的破坏模式有较大影响.通过局部加强,改变节点的破坏模式,可以有效提高结构的延性和耗能能力,防止结构由于焊缝开裂导致提前破坏,在大震作用下退化程度快进而严重影响结构的整体受力性能.

焊接及螺栓连接钢框架的循环加载试验研究

为了探讨、比较焊接和螺栓连接钢框架的极限承载能力、滞回性能及动力特性,本文进行了6榀1∶2比例的单跨双层钢框架循环加载试验和动力特性测试,其中焊接、端板螺栓连接、角钢螺栓连接钢框架各两榀。试验过程中每层框架都铺设了混凝土楼板和配重,水平循环荷载按三角形分布施加。循环加载试验表明:当焊接连接框架的焊缝质量较高时,钢框架具有良好的承载能力和滞回性能,其最终破坏模式是构件形成塑性铰而发生强度破坏,属于典型的延性破坏,框架侧向层间塑性变形可以达到层高的1/25,塑性变形主要来自梁柱连接节点域的剪切变形和柱、梁的弯曲变形;端板螺栓连接框架的承载能力和滞回性能也较好,耗能能力略低于焊接框架,框架侧向层间塑性变形可以达到层高的1/30,但端板焊缝容易发生断裂;角钢螺栓连接框架的承载能力和耗能能力相对较低,塑性变形主要发生在连接角钢和柱脚部位,且翼缘连接角钢容易发生低周疲劳破坏。动力特性测试结果表明:随着节点转动刚度的减小,框架自振周期延长。

不同焊接节点构造形式钢框架整体抗震性能分析

为系统全面地对比不同构造形式对于焊接节点钢框架抗震性能的影响,该文采用通用有限元软件ABAQUS,建立多尺度钢框架非线性有限元模型,应用国内外典型试验结果,验证了精细模型和多尺度有限元模型的准确性和等效性。通过建立9种不同节点构造形式的钢框架多尺度模型,进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,与标准型节点框架在结构变形、基底剪力、塑性耗能、断裂倾向指数等方面进行对比分析,深入探讨不同节点构造形式对钢框架抗震性能的影响,为工程应用提供参考依据。分析结果表明:只要设计合理,局部构造差异对于结构变形的影响不大,不会引起刚度的突变进而对结构造成不利的影响;对于局部加强节点框架,没有造成基底剪力的增加(少数增加最大为6%),降低了结构的地震响应,这对于结构抵抗地震荷载起到有利作用;改变节点构造可以显著地改善节点焊接接头处的断裂倾向,减缓节点焊接处的应力集中现象,使得破坏发生在母材而不是焊缝处,进而发生延性破坏避免脆性破坏。

钢框架不同构造形式焊接节点抗震性能分析

研究节点的构造形式对于改善钢框架结构的延性、防止发生脆性破坏、提高结构的抗震能力有着重要的意义,为了系统全面地对比不同构造形式对于钢框架焊接节点抗震性能的影响以及构造形式对于节点在地震作用下的反应和破坏形态的改变作用,采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,结合国内外已有的钢框架焊接节点拟静力试验,验证了建立的有限元模型对模拟局部屈曲的准确性和适用性。通过建立九种不同构造形式的节点模型,与标准节点在承载力、刚度、滞回性能、退化特性、断裂倾向指数、破坏形态以及塑性铰位置等进行对比分析,深入探讨不同构造形式节点的受力性能,为工程应用提供重要依据。分析结果表明:剪切域强弱对于节点的破坏模式有较大影响;同时考虑抗震效果、建筑要求以及经济指标,削弱型节点并没有过多的削弱节点承载能力以及刚度,并且滞回性能稳定,"狗骨头"型节点存在侧向稳定性问题,而腹板开洞型节点无论是在滞回性能还是破坏形态方面都具有较好的表现。

钢框架焊接节点损伤破坏行为分析

为了正确地评价损伤累积效应对结构的影响并准确的预测结构的破坏形态,采用一批在不同循环加载制度下、构造形式不同的钢框架焊接节点试验,深入分析节点损伤破坏的因素和分类。计算试验中所有节点的累积滞回能、最大变形、最大荷载、屈服位移和屈服荷载,从而根据这些基本参数计算每个节点10种损伤指数的发展趋势,比较损伤模型对于节点损伤退化性能描述,验证并探讨不同损伤模型反应破坏模态以及对结构破坏预测的准确性。试验以及分析结果表明:加载制度对破坏模态有较大影响,对于大幅值加载试件,更易发生逐步退化破坏,而小幅值加载的试件,易发生突然破坏;不同损伤模型具有应用的局限性并且参数组合形式对其损伤指数分布影响较大;以变形为参数的模型也能够较好的表现破坏发展趋势并且通过调整参数,与同时考虑能量的模型分布相近,但其形式更为简单并且只与当前量有关,不需要积分计算,在程序中容易实现,为下一步嵌入程序选取模型提供重要的依据,为今后的工程应用提供有力的工具。

不同构造形式节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点抗震性能分析

首先采用ABAQUS有限元软件,结合国内已通过试验验证的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接以及已有的焊接节点试验,验证了有限元模拟的有效性。在通过有限元软件ABAQUS模拟几种不同构造形式的削弱型节点,并与标准型节点在单调荷载作用下的承载力、循环荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线、强度与刚度退化曲线、断裂指数等方面进行了对比分析,研究结果表明:节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接节点局部削弱可以改善节点的破坏形态,实现塑性铰的外移,防止节点脆性断裂;当采用节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的节点形式,由于弱轴方向本身抗侧刚度较大,同时考虑建筑功能要求、抗震效果及经济性等指标,弱轴方向宜采用削弱型节点,其中腹板开孔型节点承载力及刚度没有过多的下降,且滞回曲线饱满,耗能性能及延性较好。而狗骨削弱型节点存在侧向失稳的问题,因此建议节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点应采用腹板开孔型节点。

节点域箱型弱轴连接全焊加强型节点抗震性能分析

为了更全面地对比分析节点域箱型弱轴连接不同局部加强型节点的抗震性能,以及局部构造对节点的抗震性能及破坏形态的影响。采用有限元软件ABAQUS建立多种不同局部加强型节点有限元模型,并将不同局部加强型节点与标准型节点在承载能力、滞回性能、刚度、断裂指数、退化性能、破坏形态及塑性铰形成位置等方面进行对比分析,同时结合国内节点域箱形弱轴连接研究课题组的试验和已有的焊接节点试验,验证了有限元模拟的准确性。研究结果表明:节点域箱型弱轴连接节点局部构造形式可以改善节点的破坏形态,实现塑性铰的外移,防止节点脆性断裂;采用节点域箱型弱轴连接的节点形式,同时考虑抗震及经济性等指标,腋板加强型节点承载力及刚度有较大的提高且滞回曲线饱满,耗能性能及延性也较好。因此建议节点域箱型弱轴连接的节点应采用腋板加强型节点。

不同焊接孔形式梁柱节点的抗震性能分析

梁柱节点局部构造对钢框架结构抗震性能影响显著,为了全面地对比分析不同焊接孔形式及尺寸对焊接节点抗震性能的影响,采用通用有限元软件ANSYS建立节点的非线性有限元模型。通过建立的5种不同焊接孔形式及尺寸的梁柱节点模型,与标准焊接孔节点模型对承载力、滞回性能和塑性损伤指数进行分析对比,探讨焊接孔形式及尺寸对节点抗震性能的影响。分析结果表明:焊接孔的形式及尺寸对节点滞回性能有较大影响,焊接孔的局部形式会造成节点不同的累计损伤效果。结论对于工程应用有重要的参考意义。