钢框架梁柱平齐端板连接的损伤本构关系研究

摘要

钢框架梁柱平齐端板连接是一种典型的半刚性连接,然而,由于我国对端板连接的研究起步较晚,对其受力特性缺乏深入的认识,结构设计规范也没有明确给出半刚性节点的具体计算方法和弯矩—转角关系曲线。实际的结构设计简单的将平齐端板连接处理为理想刚接或完全铰接,这种做法显然存在误差。
　　 本文以半刚性连接节点的弯矩—转角关系为研究重点,在查阅了大量的中外文献的基础之上,对国内外在半刚性节点研究方面取得的成果进行了综述,简要分析了钢框架梁柱半刚性连接节点的受力特性,总结了前人研究的半刚性节点的弯矩—转角关系曲线的数学模型及各自的优缺点。介绍了有限元的基本理论,利用ANSYS有限元软件建立了平齐端板连接节点的有限元模型,并得到了试验结果的验证;建立了五类共11个半刚性平齐端板连接节点的有限元模型,通过对比各类节点的弯矩—转角关系曲线,研究了节点几项重要连接参数对平齐端板连接节点受力性能的影响,包括:端板厚度、第一排螺栓到梁受拉翼缘的距离(顶边距)、螺栓中距、螺栓直径和柱腹板加劲肋。从材料损伤的角度,探讨了梁柱半刚性连接节点在弯矩作用下的损伤演化的物理机制,在细观层次上,用弯曲微弹簧来表征细观单元,建立了一种并联弹簧细观模型,用于分析平齐端板连接节点的宏观受力性能,并由此导出有理论基础的弯矩—转角关系模型,提出了一种均值损伤函数形式来描述平齐端板半刚性连接的损伤演化,从而得到具体的表达式,而本构模型中的两个重要参数,即极限弯矩和初始刚度,则参考了欧洲规范EC3的计算方法及有关研究者的成果。进一步对平齐端板连接的本构关系进行数值模拟,验证了本文模型的有效性。