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钢框架盖板加强型节点焊缝断裂性能研究

王杨  
【摘要】:美国北岭和日本阪神地震后,各国专家学者开始重新认识和研究钢结构节点,提出了塑性铰外移的新型节点形式,并成为近年来钢结构研究的热点。钢框架盖板加强型节点是在梁柱连接处的梁端上下翼缘分别焊接一定几何尺寸的加强板,通过提高加强区的截面抵抗弯矩迫使塑性铰出现在远离柱翼缘表面的梁上,从而起到保护梁柱连接焊缝,提高节点抗震性能的目的,是美国FEMA-350推荐使用的一种梁柱连接形式。目前,针对盖板加强型节点的研究多集中在力学层面,而其断裂性能的研究相对匮乏。因此,本文结合试验与数值模拟,对盖板加强型节点的断裂性能展开一系列研究,集中研究加强区焊缝的断裂机理。主要研究内容如下:(1)设计了盖板加强型节点焊缝区域局部试件共三组(CP-1、CP-2、CP-3)12个,进行单向拉伸加载试验,其中,CP-1、CP-2两组试件材料强度相同加强板厚度不同;CP-2、CP-3两组试件加强板厚度相同材料强度不同。试验分两期进行,第一期为无损伤试件(CP1A1、CP1A2、CP1A3),研究了加载速率对节点焊缝断裂性能的影响,第二期试件为含缺陷试件(CP1DT1、CP1DT2、CP1DT3、CP2X、CP2DT3、CP2DG、CP2JT、CP2JG、CP3X),分析了缺陷参数、加强板厚度、材料强度对节点焊缝断裂性能的影响。(2)基于ANSYS软件建立了节点局部试件的数值模型,并将模拟结果与试验结果进行了对比验证,更加深入分析了加强板厚度、材料强度、加强板及梁柱强度匹配对焊缝断裂性能的影响。(3)利用ANSYS软件中的间接耦合法及“生死单元技术”对节点局部试件各焊缝的焊接过程进行了模拟,计算出各焊缝动态温度场及残余应力场,并针对特殊路径上的温度时间历程及焊后残余应力分布进行了分析,最后,在残余应力分析的基础上进行轴向拉伸模拟,分析了各焊接残余应力对节点焊缝断裂性能的影响。


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