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谈抗震强震作用下钢框架焊接节点损伤性能和计算模型

收藏本文 2024-04-03 点赞:7514 浏览:22646 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着我国高层和超高层建筑的大量兴建,钢框架结构因抗震性能好、施工简便等优点,得到了广泛的运用。震害调查表明,强震下高层钢框架结构的梁柱节点最易发生焊缝或热影响区断裂破坏,造成结构的倒塌或损坏。但目前工程界缺少系统的论述和计算策略浅析钢框架梁柱节点的损伤,由此高层钢结构的抗震设计难以考虑节点损伤的影响。本论文通过对钢框架焊接节点焊缝区域和节点整体的试验探讨,浅析了节点焊缝开裂和整体性能损伤的物理机理,探讨了适用于焊接节点开裂和损伤浅析的有限元策略及损伤演化方程,并提出了考虑损伤历程的焊接节点简化计算模型。主要内容包括:(1)完成了20个梁柱节点焊缝区域局部试件的单向拉伸和循环加载试验,探讨了材料强度、几何参数和加载方式等因素对节点焊缝区域损伤性能的影响。(2)运用ABAQUS对节点焊缝区域进行了有限元计算,浅析了梁柱焊缝断裂的力学机理,验证了基于塑性应变指标的损伤演化方程。(3)完成了9个栓-焊混接节点的循环加载试验,探讨了不同加载历程、峰值强度等因素对节点损伤历程的影响,浅析了节点损伤的特点,并采取目前主流的三种损伤演化方程对试验结果进行了比较浅析。(4)基于金属延性断裂论述定义了可用于节点损伤历程浅析的“有效塑性应变”指标,并推导了可用于计算节点在极低周循环荷载下开裂和损伤历程的损伤演化方程。(5)提出了浅析循环荷载下节点裂缝进展和损伤全历程的有限元策略,并开发了相关程序,对节点试验结果进行了验证。(6)提出了用于节点损伤简化计算的宏观指标“有效塑性转角”,建立了考虑损伤的钢框架梁柱焊接节点骨架曲线及滞回曲线的简化计算模型,并通过其他探讨者的试验数据进行了验证,结果证明此计算模型能够简洁、准确的计算钢框架梁柱焊接节点的损伤和性能退化滞回曲线。(7)提出了将考虑损伤的节点计算模型用于框架整体非线性动力时程浅析的策略,并开发了相关程序。关键词:钢结构抗震论文焊接节点论文试验探讨论文损伤浅析论文计算模型论文

    摘要4-5

    Abstract5-11

    第1章 绪论11-31

    1.1 选题的背景和作用11-14

    1.1.1 高层钢结构抗震是工程界重点关注的不足11

    1.1.2 钢结构节点损伤破坏探讨对钢结构抗震有关键性的影响11-13

    1.1.3 现行钢结构节点抗震设计探讨策略有着局限性13-14

    1.2 地震中钢结构节点震害调查探讨14-16

    1.2.1 美国北岭地震钢结构破坏情况14-15

    1.2.2 日本阪神地震钢结构破坏情况15-16

    1.2.3 震后梁柱节点破坏理由浅析及设计改善16

    1.3 国内外钢框架梁柱节点损伤破坏探讨近况16-28

    1.3.1 试验探讨17-20

    1.3.2 基于断裂力学的节点开裂浅析20-23

    1.3.3 基于损伤力学的节点损伤浅析23-26

    1.3.4 节点滞回计算模型探讨26-28

    1.4 现有探讨的不足28-30

    1.5 本论文的主要探讨内容30-31

    第2章 钢框架梁柱节点焊缝区域损伤断裂试验探讨31-61

    2.1 试验目的31-33

    2.1.1 焊缝损伤探讨近况31-32

    2.1.2 焊缝损伤破坏试验目的32

    2.1.3 试验设计依据和原则32-33

    2.2 试验设计33-37

    2.2.1 试件详细设计33-35

    2.2.2 试验加载35-37

    2.2.3 试验量测37

    2.3 试验结果37-48

    2.3.1 试验现象及破坏形态37-40

    2.3.2 试验结果40-48

    2.4 试验结果浅析48-54

    2.4.1 材料强度的影响48-49

    2.4.2 加载方式的影响49-52

    2.4.3 几何参数的影响52-54

    2.5 节点损伤理由浅析54-60

    2.5.1 损伤特点浅析54

    2.5.2 损伤历程浅析54-55

    2.5.3 损伤模型验证55-60

    2.6 本章小结60-61

    第3章 钢框架梁柱节点焊缝断裂损伤浅析及数值模拟61-78

    3.1 断裂及损伤的有限元模拟策略61-62

    3.2 梁柱节点焊缝断裂简化计算62-63

    3.3 焊缝断裂有限元浅析63-69

    3.3.1 有限元模型63-65

    3.3.2 线弹性有限元浅析65-66

    3.3.3 弹塑性有限元浅析66-69

    3.4 焊缝损伤有限元浅析69-77

    3.4.1 有限元模型69-71

    3.4.2 损伤有限元浅析71-77

    3.5 本章小结77-78

    第4章 钢框架梁柱节点损伤机理试验探讨78-116

    4.1 焊接节点损伤的量化78-84

    4.1.1 现行规范对焊接节点的计算简化78-79

    4.1.2 焊接节点损伤计算方程79-82

    4.1.3 节点简化滞回模型中损伤与宏观力学指标的联系82-83

    4.1.4 试验目的83-84

    4.2 试验设计84-90

    4.2.1 试件设计84-85

    4.2.2 试件加载85-87

    4.2.3 试件量测87-90

    4.3 试验结果90-104

    4.3.1 试验现象及破坏形态90-94

    4.3.2 试验结果94-104

    4.4 试验结果浅析104-106

    4.4.1 加载跨幅对试件承载力和变形影响104

    4.4.2 峰值大小及加载历程对试件承载力和变形影响104-106

    4.4.3 循环变形幅值影响106

    4.5 节点损伤浅析106-114

    4.5.1 节点损伤特点106-110

    4.5.2 常用节点损伤演化方程验证110-114

    4.6 本章小结114-116

    第5章 钢框架梁柱节点损伤计算模型及有限元浅析116-138

    5.1 钢框架节点损伤机理116-118

    5.2 焊接节点延性开裂损伤演化方程118-123

    5.2.1 均匀缺陷检测定118-119

    5.2.2 延性开裂的裂缝进展计算公式119-122

    5.2.3 延性开裂的损伤演化方程122-123

    5.3 节点循环荷载下损伤历程数值计算策略123-125

    5.4 试验节点循环加载损伤历程的有限元浅析125-134

    5.4.1 有限元模型125

    5.4.2 等幅循环节点有限元浅析结果125-131

    5.4.3 变幅循环节点有限元浅析结果131-134

    5.5 含损伤的节点有限元计算滞回曲线134-136

    5.6 本章小结136-138

    第6章 含损伤的钢框架焊接节点计算模型及验证138-154

    6.1 以转角为指标的节点损伤演化方程138-140

    6.1.1 节点塑性转角与有效塑性应变的联系138-139

    6.1.2 以转角为指标的节点损伤演化方程139-140

    6.2 含损伤的节点简化计算模型140-146

    6.2.1 屈服弯矩My和屈服转角φy140-142

    6.2.2 极限弯矩Mu和极限转角φu142

    6.2.3 循环荷载全曲线模型142-146

    6.3 含损伤的节点计算模型验证146-150

    6.3.1 节点计算模型参数取值146-147

    6.3.2 含损伤的节点模型计算147-150

    6.4 其他试验数据计算验证150-152

    6.4.1 Goel和Stojadinovic节点试验计算验证150-152

    6.4.2 Ricles 节点试验计算验证152

    6.5 本章小结152-154

    第7章 含损伤的节点计算模型在框架中的运用154-161

    7.1 框架动力时程浅析中引入计算模型的策略154-155

    7.2 考虑损伤的节点计算子程序开发155-157

    7.2.1 用户子程序开发概述155

    7.2.2 用户子程序中的损伤本构联系155-156

    7.2.3 用户子程序开发156-157

    7.3 用户子程序在框架计算中的运用157-160

    7.3.1 框架有限元浅析模型157-158

    7.3.2 框架浅析结果158-160

    7.4 本章小结160-161

    第8章 结论与展望161-164

    8.1 结论161-163

    8.2 展望163-164

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