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钢框架侧板加强型焊接节点断裂性能分析

作　者: 宋永杰
导　师: 刘芸
学　校: 青岛理工大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 侧板加强型节点焊接残余应力开裂指数节点抗震性能有限元分析
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 60次
引　用: 2次
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内容摘要

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。震后，一些学者提出了塑性铰外移节点，侧板加强型节点就是通过对与柱连接的梁上下翼缘进行局部截面加强，使塑性铰外移，实现抗震规范中“强节点弱构件”的设计思想，避免塑性铰出现在韧性较差的焊缝接头处，以保证节点具有足够的延性。然而试验中发现，这种新型的抗震节点在侧板和梁翼缘的对接焊缝处产生了裂纹。为避免这种新型节点在强震中发生脆性破坏的现象，本文结合已有的侧板加强型节点拟静力试验结果，从应力应变综合考虑的角度对侧板加强型节点的开裂性能进行研究。本文建立了考虑梁柱连接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两个侧板加强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。在已经开展的新型节点研究的基础上，考虑焊接残余应力对侧板加强型节点的受力性能的影响。分别考虑了梁柱对接焊缝和侧板与梁翼缘对接焊缝对钢框架侧板加强型节点在低周循环往复加载作用下的受力性能和滞回性能进行分析，通过对比分析焊接残余应力对节点整体受力的影响规律，并就不同位置焊缝的残余应力对侧板加强型节点受力影响的强弱进行分析。本文还针对节点容易开裂的薄弱环节进行了断裂性能评估，分析表明：侧板扩翼端部是侧板加强型节点发生脆性断裂的关键部位，焊接残余应力的存在会增大该处的形变，影响节点的开裂。通过对节点断裂性能的评估，探讨了侧板的长度和宽度等参数对这种钢框架梁柱侧板加强型连接的断裂性能的影响规律，并给出了考虑钢结构连接断裂性能的节点设计参数范围。

全文目录

目录  5-7
摘要  7-8
Abstract  8-10
第1章绪论  10-22
  1.1 选题背景及意义  10-12
  1.2 扩翼节点的研究现状  12-14
    1.2.1 新型节点的类型  12-13
    1.2.2 扩翼型节点的研究进展  13-14
  1.3 钢框架梁柱连接脆性破坏研究  14-19
    1.3.1 传统钢框架连接节点的脆性破坏模式  15-16
    1.3.2 传统节点脆性破坏原因及对策  16-19
  1.4 焊接残余应力对新型节点性能的影响  19
  1.5 本文研究的主要内容  19-22
第2章考虑焊接残余应力的节点有限元模型  22-42
  2.1 概述  22-23
  2.2 焊接温度场模拟  23-33
    2.2.1 温度场分析基本方程  23-24
    2.2.2 节点焊接温度场模型  24-27
    2.2.3 节点焊接温度场计算结果  27-33
  2.3 焊接残余应力应变场模拟  33-39
    2.3.1 热弹塑性分析理论  34-35
    2.3.2 焊接残余应力应变场计算  35-36
    2.3.3 焊接残余应力应变场结果分析  36-39
  2.4 本章小结  39-42
第3章焊接残余应力对节点的受力性能影响分析  42-64
  3.1 侧板加强型节点的试验研究  42-44
    3.1.1 节点试验尺寸  42-43
    3.1.2 材性试验与加载制度  43-44
  3.2 梁柱翼缘焊缝对节点受力性能影响分析  44-55
    3.2.1 有无残余应力对比分析  44-47
    3.2.2 循环加载下抗震性能分析  47-55
  3.3 侧板与梁翼缘焊缝对节点受力性能影响分析  55-61
    3.3.1 考虑侧板与梁翼缘连接处焊缝应力云图  55-57
    3.3.2 应力路径对比分析  57-59
    3.3.3 侧板与梁翼缘焊缝对节点抗震性能的影响  59-61
  3.4 对接焊缝对节点性能影响的对比分析  61
  3.5 本章小结  61-64
第4章节点的断裂性能分析  64-86
  4.1 节点的断裂性能评估参数  65-66
    4.1.1 等效塑性应变指数  65
    4.1.2 开裂指数  65-66
    4.1.3 应力三轴度  66
  4.2 节点的开裂性能分析  66-84
    4.2.1 断裂性能评估的关键部位  66-67
    4.2.2 梁柱翼缘焊缝节点断裂性能指标分析  67-76
    4.2.3 梁翼缘与侧板连接焊缝对节点断裂性能影响  76-84
  4.3 本章小结  84-86
第5章考虑断裂性能影响的节点设计参数分析  86-98
  5.1 翼缘扩大段长度对节点脆性断裂性能的影响分析  88-92
    5.1.1 翼缘扩大段段对塑性铰外移的影响  88-89
    5.1.2 对梁柱连接焊缝处的影响  89-90
    5.1.3 对侧板端部的应力分布及开裂性能的影响  90-92
  5.2 过渡段长度对节点脆性断裂性能的影响分析  92-95
    5.2.1 对塑性铰外移的影响  92-93
    5.2.2 对梁柱连接焊缝处的影响  93-94
    5.2.3 侧板端部开裂性能分析  94-95
  5.3 扩翼段宽厚比对节点脆性断裂性能的影响分析  95-96
  5.4 本章小结  96-98
第6章结论及展望  98-102
  6.1 本文结论  98-99
  6.2 展望及建议  99-102
参考文献  102-108
攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作  108-110
致谢  110

钢框架侧板加强型焊接节点断裂性能分析

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