钢框架改进型节点受力性能及断裂性能研究

摘要

大量的钢框架削弱型节点的试验研究及有限元分析表明：狗骨型节点和腹板开孔型节点均能有效的使梁端塑性铰外移，缓解了梁翼缘根部焊缝处的应力集中的现象。由于上述两种削弱型节点的受力机理不同，导致其破坏形式有很大的差异。
　　 本文首先对腹板开孔型节点的有限元分析结果与试验结果进行对比分析以验证有限元程序参数设置的合理性。在此基础上，根据目前国内外狗骨型节点和腹板开孔型节点受力机理的研究成果以及《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》(2004年局部修改版)推荐的翼缘加强狗骨型节点的构造形式，将普通型节点、狗骨型节点、腹板开孔型节点、翼缘加强狗骨型节点进行对比分析。
　　 对三种改进型节点与普通型节点在单调荷载作用下的对比分析表明：翼缘加强型狗骨型节点比狗骨型节点和腹板开孔型节点具有更好的受力性能，更能有效的降低节点焊缝区域由于焊接质量不高引起的提前断裂概率。各节点焊接孔根部应力大于上翼缘根部中心处应力，焊接孔根部应力集中程度较为明显。因此建议采用合理的焊接孔形式，以减小焊接孔根部与梁翼缘相交处的应力集中程度，降低该处发生撕裂破坏的可能性。
　　 对三种改进型节点与普通型节点在循环荷载作用下的对比分析表明：翼缘加强狗骨型节点比其它三种节点具有更好的变形能力和耗能能力，且在梁翼缘根部焊缝处的累积损伤指数最小，在实际工程中值得推广。
　　 对腹板开孔型节点断裂性能的分析表明：当圆孔中心至柱翼缘距离一定时，J积分随着圆孔直径的增大而增大。当圆孔直径一定时，圆孔中心至柱翼缘的距离对J积分影响较小。另外，J积分随梁弱轴回转半径的增大而增大，且方钢柱节点的脆断性能优于工字钢柱节点。