焊缝节点抗震性能的有限元数值模拟.pdf

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1、基础与结构工程器Foundation&StructureEngineering焊缝节点抗震性能的有限元数值模拟史明(北京市市政四建设工程有限责任公司．北京100176)摘要：采用有限元方法模拟焊缝节点在循环荷载条件下受力情况，分析了在循环荷载作用下节点的滞回性能．并以此为依据分析了节点的抗震性能，总结了焊脚高度及焊缝长度对它们的影响规律，并提出了节点能量耗散系数的计算公式。关键词：钢结构；焊接；能量耗散系数；抗震性能中图分类号：TU391文献标志码：B文章编号：1009—7767(2013)06—0135—06FiIliteElementNumeralSimuiation

2、ofWeldNodesSeismicPerformanceShiMing随着高层结构和大跨度空间结构体系的广泛应用，钢结构连接技术显得尤为重要，在实际工程中焊缝长连接节点开始不断出现并引起了人们的重视[1-21。长连接节点的性能与短连接有很大的不同．例如长连接会加大焊接时的残余应力和残余变形从而影响构件变形、稳定性、疲劳性能和脆性断裂；长连接节点在受力时，其应力分布是不均匀的，焊缝端部会出现应力集中，这会降低其承载力和疲劳容许应力呻】。目前，国内外学者对焊缝长连接节点的研究涉及不深．相关的试验较少，我国的GB50017—2003《钢结构设计规范》在这方面的规定主要参照国外

3、规范。缺乏理论分析和试验依据，所以我们有必要对此进行深入的研究和探讨5卅。笔者运用ANSYS软件对焊缝长连接节点进行有限元计算．分析出长连接节点的规律性．并提出对现行规范相关规定进行补充完善或修改的理论依据和计算数据p81，提出对现行规范相关规定修改的建议，给长连接节点的设计和施工提供参考。1有限元数值模拟1．1试件模型形状及尺寸在试件的建模过程中．根据实际情况，利用对称性．取半边结构作为分析模型。试件模型的尺寸根据GB50017—2003(钢结构设计规范》的节点构造要求取值，见图1。模型中包括1块芯板、2块盖板、4条侧面角焊缝，其中焊脚高度h，取10、14、18mm，焊

4、缝长度Z。取40、50、60、70、80、100、120、150倍的hf，从而组成24个尺寸a)试件焊缝长连接构造图一1r～一厂一b)焊缝节点构造图图1试件焊缝长连接及焊缝节点构造图毒叶”—斗：4当—上不同的试件模型。为保证在节点极限承载时，焊缝先于钢板发生破坏，钢板尺寸应根据焊缝尺寸而定，模型尺寸见表1。1．2模型本构关系及材料参数的确定钢板、焊缝(熔敷金属)均选用多线性等向强化弹塑性模型。钢板选用Q345级低合金高强度结构钢。焊2013牟．$6期(11一)第31巷瘩荭故木135器基础与结构工程Foundation&StructureEngineering表1试件模型的

5、几何尺寸注：f。代表1条侧面角焊缝的长度；h，代表侧面角焊缝的焊脚高度。接工艺选用CO：气体保护焊，焊丝型号为ER50—3。1)常温下钢板的物理力学性能参数(根据常用建筑钢材拉伸试验数据)为：屈服应力o-y=335N／mmz、极限应力O'b=470N／mm2、弹性阶段极限应变占，=0．00163、屈服阶段极限1於，=0．01956、极限应变为0．15、弹性模量Eo=2．05x105N／mm2,,屈服后模量研--1035N／ram2、质量密度P=7850kg／m3、泊松比／z=0．3。2)常温下焊缝(熔敷金属)的物理力学性能参数为：屈服应力以=420N／mm2、强化阶段极限

6、应力盯。T=460N／mm2．,极限应力盯b=500N／mm2、弹性阶段极限应变占，=0．00205、屈服阶段极限4占，=0．0082、极限应变20e，=0．041、弹性模量Eo=2．05x105N／mm2、屈服后模量西=6504N／mm2、强化阶段模量ETz=1220N／mm2、质量密度p=7850kg／m3、泊松比“=0．3。1．3边界约束及加载过程边界条件的模拟为对2块盖板的边缘施加固定约束。荷载的模拟为对芯板端部施加500N／mm2的均布136辛荭投术2013No．6(Nov．)V01．31拉伸荷载。约束及荷载布置见图2。图2试件模型约束及荷载布置图在芯板端部施加

7、1个循环的正弦荷载。为保证节点在循环加载时不发生破坏，同时又让它能充分进入塑性阶段，循环的均布荷载值可取表2中均布拉力的0．95倍。表2循环荷载最大值基础与结构工程器Foundation&StructureEngineering试件均布荷载循环荷载最大值试件均布荷载循环荷载最大值试件均布荷载循环荷载最大值编号f：r／MPa‰／kN编号o'／MPa‰／kN编号o-／MPaPn。／kN1号294．843797．569号305．437423．2817号313．7512334．022号301．694730．5210号312．46930