侧板和梁翼缘对接焊缝对侧板加强型节点受力性能影响研究

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1、侧板和梁翼缘对接焊缝对侧板加强型节点受力性能影响研究　　摘要：本文采用ANSYS“生死单元”方法模拟侧板与梁翼缘处的施焊过程，在考虑焊接残余应力的基础上，对侧板加强型节点的受力性能进行研究。文章针对有无考虑焊接残余应力的两种有限元模型，分析了残余应力对节点应力分布、滞回曲线、延性系数、塑性转角等特性的影响。结果表明，焊接残余应力对侧板加强型节点整体受力性能的影响不明显，研究内容可为工程应用和理论分析提供参考。关键词：焊接残余应力；侧板加强型节点；应力；延性中图分类号：P755.1文献标识码：A目前，国内

2、外学者针对钢框架梁柱改进型节点的研究已取得一定进展，研究表明改进型节点可以实现塑性铰外移的目的，有效提高节点的抗震性能[1-7]。但多数成果是在忽略焊接残余应力的基础上得到的，与实际受力情况存在一定误差，为了能够更加准确地反映出改进型节点的力学特征，并就不同位置焊缝对节点影响强弱进行比较，本研究在前期考虑侧板加强型节点梁柱连接焊缝影响的基础上[8]，针对侧板与梁翼缘之间连接焊缝的残余应力对该类改进型连接的受力性能特征进行了详细的分析，研究结果对新型节点的推广应用有实际意义。11模拟焊接残余应力的节点有限

3、元模型为了能够充分反映出焊接残余应力对节点的影响，本文参考试验试件SPS-1（2）[9]分别建立了有限元模型SPB（考虑侧板与翼缘之间焊缝，如图1）和SPC（不考虑焊接残余应力），各模型具体尺寸、网格划分如表1、图2、图3所示。图1SPB模型考虑的焊缝位置表1模型尺寸试件编号加强板规格试件区分SPB-1-9˟50˟220仅考虑侧板与梁翼缘焊缝SPB-2-9˟40˟170仅考虑侧板与梁翼缘焊缝SPC-1-9˟50˟220不考虑焊缝影响SPC-2-

4、9˟40˟170不考虑焊缝影响SPS-1-9˟50˟220试验试件SPS-2-9˟40˟170试验试件注：梁截面为HN300×150×6.5×9，柱截面为HW250×250×9×14（a）SPB(C)-1（b）SPB(C)-2图2节点的几何尺寸图3有限元分析模型及网格划分11焊接温度场模拟及焊接残余应力分布在本研究中，采用ANSYS生死单元法模拟实际焊接过程[10]。设定每道焊缝的焊接、冷却时间为均1500秒，图4以试件SPB-1为例给出了的侧

5、板与梁翼缘之间焊缝的焊接及冷却过程的温度场分布。（a）10s（b）100s（c）1000s（d）1500s（e）1510s（f）1600s（g）2500s（h）3000s（i）3010s（j）3100s（k）4000s（l）4500s（m）4510s（n）4600s（o）5500s（p）6000s图4SPB-1焊缝及影响区随时间变化温度场图5SPB-1梁翼缘与侧板等效残余应力在对侧板加强型节点进行了如图4所示的焊接过程模拟的基础上，本研究以SPB-1为例给出了侧板与梁翼缘焊缝等效残余应力的模拟结果，如图

6、5所示，从图中可以看出，焊接残余应力主要集中分布在焊缝及其影响区，随着离焊缝距离的增加，焊接残余应力迅速减小，在节点大部分位置焊接残余应力为0。节点受力性能影响分析11在考虑侧板与梁翼缘对接焊缝影响的前提下，本研究选用文献[***]中的材料的应力-应变曲线及试验加载制度，对侧板加强型节点应力分布、滞回曲线、延性系数、塑形转角、阻尼系数等延性特征进行了分析、研究，并对SPB系列试件与SPC试件进行了对比分析，从而得出侧板与梁翼缘处焊接残余应力对节点延性特征的影响规律。应力云图对比为了反映侧板与梁翼缘处焊接

7、残余应力对加强型节点延性特征的影响，同时节省文章篇幅，图6给出了SPB-1、SPC-1有限元模型每隔两级加载后的应力云图，图中显示，SPB与SPC试件的应力云图特征较为相似，尤其在弹性阶段，节点的应力从大小、范围、分布规律均无显著差别；当节点进入弹塑性阶段和破坏阶段后，SPB系列节点从应力分布范围来说分布较为广阔，且分布规律较为复杂，在焊缝附近应力增大，但对节点应力整体分布以及节点最终的破坏形态影响不明显，这说明焊接残余应力仅在一定范围内，即焊缝附近对节点产生影响，其余位置应力分布规律与未考虑焊接残应力

8、的SPC模型基本一致，因而从应力云图角度分析，焊接残余应力仅会对节点的局部破坏产生一定的影响，对整体受力影响不明显。SPB-1SPC-1SPB-1SPC-1(a)荷载等级一(b)荷载等级三SPB-1SPC-1SPB-1SPC-1(c)荷载等级五(d)荷载等级七SPB-1SPC-1SPB-1SPC-111(e)荷载等级九(f)荷载等级十一图6SPB(C)-1应力云图对比分析应力路径对比分析图7路径示意图本研究根据美国及日本的震后资料以及本团队