钢框架箱形柱与工字型梁刚性连接节点的抗震性能研究

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1、摘要钢结构由于其良好的力学性能、经济性能和使用性能，广泛地应用在厂房、桥梁、大型工业设备和建筑领域，现在更突出地应用于高层建筑上。由梁翼缘与柱焊接、梁腹板与柱高强螺栓连接构成的抗弯钢框架具有建筑和使用的优越性，在强震地区得到广泛应用。但是从美国和日本等地相继发生的地震来看，许多建筑物的破坏是发生于梁柱栓焊连接的焊缝附近的脆性破坏。避免在未來地震中的人员伤亡和财产损失，需进行有效研究。本文运用了ANSYS有限元程序中的热耦合功能，模拟梁柱栓焊连接节点中，上下翼缘对接焊缝的不同施焊顺序对于焊接残余应力分布的影响，得岀了焊接的不

2、连续和焊接质量对残余应力的大小和分布有着极大的影响，施工时需要加强对焊缝的检测，同时也说明焊接残余应力在节点设计中不可忽视，要有效提高钢结构的整体抗震性能必须釆用新的节点形式。■在常用的民用钢框架中，采用箱形截面柱己占有了一定的比重。本文主要就箱形柱和T字型梁的栓焊刚性连接节点，进行了在单向荷载和循环荷载作用下的破坏机理分析和研究。参考和综合了已有的改进型刚性节点的特点，提出了更适合于施工和更易满足建筑功能要求的焊接盖板加腋型连接节点和焊接盖板单腋型连接节点,并对其抗震性能进行了分析。根据对分析结果的讨论，提出了部分节点抗

3、震设计建议和对策。为了准确地模拟梁柱栓焊连接在地震作用下的脆性断裂，本文将大变形、大应变的钢材随动强化模型（考虑包辛格效应）引入到U.L格式的有限元方程中。并将钢材延性断裂的破坏准则引入到有限元模型中，真实再现了梁柱栓焊连接在循环荷载下的断裂破坏过程。本文的有限元模型考虑到了栓焊连接节点问题的多方面因素，能够再现梁柱栓焊连接在地震下的断裂行为。结论和建议对于指导实际工程设计具有一定的参考价值，为进一步研究钢框架梁柱栓焊连接的抗震性能提供部分借鉴。关键词：梁柱刚性节点；栓焊连接；抗震设计；ANSYS有限元程序；残余应力Abs

4、tract•••Duetoitsgood.propertiesofmechanics,economyanduse,steelstructureiswidelyusedinmanyfields,suchasfactories,bridges,largeindustrialequipmentsandbuildings,especiallyinhigh・risebuilding.Steelmoment-resistingframesconsistingofweldedflange-boltedwebbeam-to-columnc

5、onnectionsarewidelyusedaslateralloadresistingsysteminregionsofhighseismicrisk,becauseoftheirmeritsofarchitectureusability(suchasnolateralstrutrequired)andfacilelyfabrication.IntherecentearthquakesofUSAandJapan,damagesinmanybuildingsresultedfromthebrittlefratureofb

6、eam-to-columnconnections.Theresultsiscontrarytotheoriginalpurposes.Itrequirespeopletodomoreresearchonhowtodesignconnections.Soitisnecessarytodomoreresearchonhowtoavoiddamageinfuture.ThethermalcoupleintheANSYSFiniteelementprogrammestimulatstheweldsofupperflangeandl

7、owerflangeonthebeam-to*columnconnections.Differentweldingordersandqualityaffectthedistributionandproportionoftheresidualstress.Itisnecessarytochecktheweldduringmaking.Weldingresidualstressinconnectionscannotbeignored.Ifwewanttoadvancetheseimiccapabilityofsteelstru

8、ctures,wemusttakesomenewtypesofconnections.Thebox-sectionframecolumnshavebeenwidelyusedincivialsteelbuildings.Responseanddamagemechanismofwelded-boltedI