基于微观断裂机制的节点板性能研究

《基于微观断裂机制的节点板性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于微观断裂机制的节点板性能研究StudyonPerformanceofGussetPlatesBasedonMicromechanicalFractureMechanism学科专业：土木工程作者姓名：郑力指导教师：尹越副教授天津大学建筑工程学院二零一七年十二月摘要节点板作为钢结构节点连接的关键部件，其受力性能影响到整体结构的安全性。在单调荷载和地震作用下，节点板均有可能发生延性断裂，对节点板断裂性能的研究具有较大的理论意义和工程实用价值。本文将微观断裂模型与有限元分析相结合预测节点板的延性断裂行为。建立钢管节点板模型，预测了节点的开裂位置和极限承载力，模拟了钢管节

2、点板的裂纹产生和扩展全过程，研究了循环荷载下钢管节点板的损伤累积规律；对多层钢结构中支撑连接节点板的耗能性能进行研究，给出节点板尺寸的建议值，通过微观断裂判据预测节点板在循环荷载下的超低周疲劳寿命，讨论了不同因素对节点板疲劳寿命的影响，研究结果表明：（1）微观断裂机制模型VGM和SMCS能够较准确的预测钢管节点板在弯矩下的断裂行为，计算得到的节点开裂位置和开裂承载力与已有试验结果吻合较好。（2）有限元软件ABAQUS中的VUSDFLD子程序模块与VGM判据结合能够模拟节点的开裂和扩展过程。在有限元子程序断裂分析中，采用建议的网格尺寸，能够保证计算精度，节约计算成本。

3、（3）循环荷载下，增加钢管节点板厚度能够提高节点的超低周疲劳和滞回性能；累积损伤D在常幅往复下呈非线性增加，基于常幅循环荷载下的损伤累t积规律能够较好的预测变幅循环荷载下节点的超低周疲劳寿命。（4）框架结构中，采用支撑连接节点板受压屈曲的设计能充分利用节点板屈曲后强度，提高节点的滞回性能。初始缺陷大小对节点板的受压屈曲后强度影响不大，节点板厚度对节点板的开裂位置和疲劳寿命影响较大。（5）采用环绕焊构造措施以及设置加劲肋均能提高支撑连接节点板的超低周疲劳寿命，提出的加劲肋尺寸设计建议能够保证节点板力学性能，同时节约钢材用量。关键词：节点板，延性断裂，裂纹扩展，超低周疲

4、劳，滞回性能IABSTRACTGussetplateisthekeypartofsteelgussetplatejoints,whosemechanicalpropertyaffectthesafetyofthewholestructure.Ductilefractureofgussetplatesmayoccurundermonotonicloadingandseismicloadaction.So,theresearchonductilefractureofgussetplatehasgreattheoreticalsignificanceandengineer

5、ingpracticalvalue.Inthispaper,micromechanicalfracturemodelsandthefiniteelementanalysiswerecombinedinthepredictionoftheductilefractureofgussetplates.Finiteelementmodelsweresetupforsteeltubulargussetplatestopredictthefracturepositionandtheultimateloadbearingcapacityofthejoints.Thegenerat

6、ionandpropagationoffractureweresimulatedbyfiniteelementanalysis.Theruleofdamageaccumulationofsteeltubulargussetplatesundercyclicloadingwasinvestigated.Theenergydissipationcapacityofgussetplatesofthebracewasstudiedformulti-storysteelstructuresandthereasonablesizeofgussetplateswasadvised

7、.Theultra-lowcyclefatiguelifeofgussetplatesundercyclicloadingwerepredictedbymicromechanicalfracturemodels.Theinfluenceofdifferentparametersonthefatiguelifeofgussetplatewasdiscussed.Theresultsshowedthat:(1)Micromechanicalfracturemodels,VGMandSMCS,cangiveaccuratepredictionoftheductilef