狗骨式与普通式节点的断裂性能分析比较

摘要

在1994年美国北岭地震与1995年日本阪神地震以后，人们发现大量的钢结构建筑在梁柱连接节点处发生脆性断裂破坏，专家学者们在震后提出了几种新型的梁柱连接节点，其中之一就是狗骨式节点，通过对梁翼缘进行削弱来改善节点的抗震性能。
　　 为研究狗骨式节点的抗震性能以及对断裂韧性的需求，本文通过ABAQUS6.10有限元分析软件对狗骨式节点与普通式节点进行三维有限元足尺寸建模计算。获取了普通式节点与狗骨式节点在往复荷载作用下的滞回曲线，分析结果表明狗骨式节点的抗震耗能能力较好。对狗骨式节点与普通式节点进行线弹性以及弹塑性断裂性能分析，以应力强度因子KI，GI积分作为评价指标。分析结果表明，在线弹性状态下，节点翼缘中心处对断裂韧性的需求最高，翼缘边缘处对断裂韧性的需求也比较高。狗骨式节点与普通式节点沿翼缘宽度的方向对断裂韧性的需求基本一致。狗骨式节点翼缘削弱处边缘对断裂韧性的需求最高，削弱处发生应力集中现象。在弹塑性状态下，翼缘边缘处裂纹尖端JI积分值超过翼缘中心处，解释了地震后大量节点是从翼缘边缘处先开裂的现象。与线弹性状态下不同，由于对梁翼缘的削弱，狗骨式节点对断裂韧性的需求相对普通式节点来说有了明显的降低。通过选取的三组不同的削弱参数计算可知，当对梁翼缘深度削弱50％时，断裂韧性的降低最为显著，但同时也会降低节点的抗弯承载力；分析结果表明对翼缘的削弱深度以不超过25％为好，这一结论与FEMA建议的削弱范围一致。此时，狗骨式节点既能降低对断裂韧性的需求，节点抗弯承载力弯矩值又能达到全截面塑性屈服时的弯矩，很好的实现了“强节点弱杆件”、“强柱弱梁”的抗震设计思想。