钢框架梁柱节点焊缝损伤性能Ⅰ试验

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钢结构损伤的数值模拟研究

钢结构损伤的数值模拟研究彭成波【摘要】基于钢结构损伤的本构模型及损伤演化,对其在数值计算中的实现给出了简便的方法.通过一个节点实例的对比计算表明:损伤的存在将加速节点刚度的退化,降低节点的承载力,更符合材料真实特性.为更真实地描述钢结构的弹塑性反应分析,需考虑材料损伤累积效应对结构的影响.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2019(035)002【总页数】5页(P118-122)【关键词】钢结构损伤;梁柱节点;损伤演化【作者】彭成波【作者单位】中建八局钢结构工程公司,上海200125【正文语种】中文0 引言工程中金属结构在荷载的循环作用下,材料中的微裂纹、微空洞、剪切带等细观损伤萌生、汇合、扩展,从而形成损伤的动态演化,进而影响结构的性能。

损伤的演化是一个复杂的过程,受到较多方面因素的影响,尤其是对材料和构件静力强度影响很小的因素,对损伤的演化仍会有一定影响。

Kachanov和Raboinov描述了材料中复杂的损伤演化过程,通过定义一个连续性变量来表征,这个连续性变量就是损伤变量,并且建立了损伤本构方程,这为以后的研究奠定了理论基础,后来李红孝在此基础之上更加明确的定义了损伤概念[1]。

Chow和Wang[2]在塑性耗散势函数中用有效应力张量替代原Cauchy应力张量,根据正交法则,得到各向异性塑性本构方程,并由损伤耗散势函数提出了损伤演化模型。

沈祖炎等[3-5]提出了钢材在反复荷载作用下的损伤累积力学模型,并在分析高层钢结构的地震作用时将损伤及其累积效应考虑进去。

为了能够更真实地描述钢结构经受循环荷载作用时的弹塑性反应分析,需考虑材料损伤累积效应对结构的影响。

钢结构的损伤演化具有很大的复杂性,确定其演化规律更是极其困难,找出适用于工程实际应用的简便方法是亟待解决的问题。

本文介绍了钢材的损伤演化规律及在ABAQUS软件中钢材损伤如何通过简便方法的实现,并对某一钢结构梁柱节点进行数值分析,研究损伤对钢结构性能的影响,从而为损伤在工程中的应用提供参考。

【国家自然科学基金】_钢框架焊接节点_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

科研热词有限元分析(fem) 局部屈曲钢节点钢框架焊接节点钢框架累积损伤焊缝损伤梁柱节点构造形式断裂韧性应力强度因子 j积分裂纹位置焊接节点钢框架焊接孔热影响区滞回曲线有限元分析拉压循环试验强度退化弹塑性时程分析多尺度模型厚板单向拉伸试验 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年序号 1 2 3 4 5 6
科研热词钢框架试验滞回曲线梁翼缘削弱式节点抗震性能塑性铰
推荐指数 1 1 1 1 1 1
2010年序号 1 2 3 4
科研热词滞回曲线有限元模拟(fem) 改进型梁柱节点刚度强度退化
推荐指数 1 1 1 1
2011年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
2013年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2013年科研热词隔板贯通式钢框架焊接节点连续倒塌节点空间钢框架破坏模式滞回耗能显式动力分析损伤累积指数拟静力试验抗震性能塑性变形推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
科研热词载荷比值粱柱焊接节点空间钢框架梁柱节点有限元抗火抗倒塌能力悬链线效应动态冲击试验动力性能临界温度
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
科研热词有限元分析预应力静力试验钢框架节点钢框架结构边跨梁转角转动刚度足尺模型角钢节点域自复位破坏模式梁柱连接节点抗火试验抗火性能
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

钢结构框架梁柱节点性能分析

钢结构框架梁柱节点性能分析摘要：钢结构框架梁柱节点施工是提升建筑抗震性的主要工序，因此应优化梁柱节点的质量。

本文通过概述钢结构框架梁柱节点内容，围绕有限元模型、载荷等方面研究钢结构框架梁柱节点性能，分析多种要素对于节点性能的影响，为优化节点质量提供参考意见，提升建筑工程整体质量，突出项目结构的抗震性能。

关键词：建筑工程；钢结构框架；梁柱节点前言：钢结构具有韧性塑性强、重量轻、制造简便的优势，该模式在建筑工程中的应用可以缩短施工周期、提升抗震性能。

其中梁、柱节点是框架关键连接位置，其性能会决定框架结构在载荷基础下的整体性。

因此，有必要深入分析钢结构框架梁柱节点的实际性能，实现构件和节点的标准化设计，优化节点性能。

1钢结构框架梁柱节点概述1.1刚性连接模式其一，全焊连接。

借助融透的方式焊接梁上下翼，通过双面胶焊接腹板。

上述连接模式对于焊接技术要求较高，若操作失误会导致应力集中，对施工结构受到影响。

其二，全栓焊接。

借助T型钢，使用高强螺栓连接梁翼和柱翼，不会产生三向应力和残余应力。

其三，混合连接。

该模式包含两方面内容：一方面是利用融透焊接梁上下翼，并通过大刚度角钢连接高强螺栓，借助剪力板连接柱翼和高强螺栓。

多层钢结构中主要利用刚性连接梁柱，通过柱贯通方式连接框架柱和梁。

针对抗震部分，应确保梁翼缘厚度和加劲肋相同。

若属于非抗震区域，加劲肋的厚度应≥梁翼缘厚度的1/2，满足板件的实际宽厚比值，防止连接节点受到破坏。

1.2柔性连接模式柔性连接又称为铰接连接，在梁侧无线位移，不过可以进行自由的转动。

该模式包含承托、端板以及角钢三方面。

其中，角钢主要连接柱和梁腹板，可以借助连接板替代角钢。

端板连接模式和角钢相同，但不可替代。

利用承托连接模式连接柱的腹板时，主要将厚板当作承托构件，防止柱腹板弯矩较大，确保偏心力矩传输至柱翼位置。

2钢结构框架梁柱节点性能研究2.1构建有限元模型本课题主要借助有限元软件，依据相关学者关于连接节点的研究内容，构建建筑工程中钢框架梁的非线性节点有限元模型，分析其中力学性能的差异性，为后续工程梁柱节点连接模式提供新思路[1]。

地震作用下钢框架梁柱异型节点破坏模式分析

Ｏ３．
０４．４
Ｊ２．Ｄ０３
小粱Ｉ２ｏ ×１０× １０５０× １０大粱口口２０×２０×１５５２×１２
４５ｘ２０００× １０× １０
０４．
Ｏ４．４
Ｊ２Ｄ７１Ｊ２Ｄ７２－
小粱Ｉ７０×１０×１２５０×１０大粱口４０５口２０×２０×ｌ５５２×ｌ２
・
４・６
第３７卷第３０期２０１１年１０月
山西建筑
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ．７Ｎｏ３１３．０Ｏｃ．２ｔ０１１
文章编号：０９６２２１）００４ —３１０ —８５（０３ —０６０１
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收稿日期：０１０ —４２１ —６１
作者简介：俭勇（９３，，士，汉科技大学中南分校城市建设学院，北武汉陈１８一）男硕武湖
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乎３１８智
中图分类号：Ｕ９Ｔ３２文献标识码：Ａ
试所示。自２０世纪７Ｏ年代以来，国内外充分认识到节点是结构抗震载试验，件的具体尺寸如表１中的薄弱环节，但到目前为止，点研究工作大都针对结构中的节试件的加载方案为：本试验以平面的十字形框架节点为研究常规节点进行。钢结构框架异型节点是指节点核心区两侧梁截对象，考虑实际情况，在试验方案中对约束做了一定的简化，柱底面（上下柱截面）化的节点构件。这种节点广泛存在于工业和和大、变小梁端分别以不动铰支座约束，在柱顶施加恒定的竖向荷民用建筑中，如大型火力发电厂结构的煤仓间框架节点、层建载同时施加低周反复水平荷载，高模拟框架在地震作用下的受力情加载装置如图１所示。筑结构转换梁处框架节点等。本文将进行的是钢结构框架柱的况。试验采用力与位移混合加载制度，两边的梁高相差较大的异型节点的试验研究。通过试验的现象，２破坏模式分析地震作用下，这种钢框架异型节点的受力性能，坏模式，破找根据各试件的试验现象可以总结出各试件的破坏模式基本出常规节点和异型节点在地震力作用下的破坏机理的不同。致，都是从大梁下翼缘与柱翼缘交接处断裂开始；然后向内向

装配式钢结构梁柱柱法兰连接节点受力机理研究

1、针对不同使用环境和荷载条件，设计合理的连接方式和构造措施，以提高节点的承载力和滞回性能。
结论与展望
2、加强节点板和螺栓的强度和稳定性，以提高节点的抗剪承载力和抗疲劳性能。
结论与展望
3、节点细节的处理，如螺栓与钢板之间的连接方式等，以提高节点的耐久性和可靠性。
结论与展望
尽管本次演示取得了一定的研究成果，但仍存在一定的局限性。例如，实验样本数量有限，可能存在个体差异；数值模拟未考虑材料非线性等因素的影响。未来研究可从以下几个方面展开：
2、焊接式连接节点
2、焊接式连接节点
焊接式连接节点是一种通过焊接将梁和柱连接在一起的连接方式。这种连接方式具有施工方便、抗疲劳性能好等优点。但是，焊接式连接节点的缺点是易受到焊接质量的影响，而且对于节点的制作和安装精度要求较高。
3、混合式连接节点
3、混合式连接节点
混合式连接节点是一种结合了插入式和焊接式连接优点的连接方式。在这种连接方式中，梁的下翼缘与柱的腹板之间通过螺栓进行连接，而梁的上翼缘与柱的翼缘之间则通过焊接进行连接。这种连接方式结合了插入式和焊接式的优点，同时避免了它们的缺点，具有较高的稳定性和耐久性。
装配式钢结构梁柱柱法兰连接节点受力机理研究
01 引言
03 研究方法 05 结论与展望
目录
02 文献综述 04 实验结果与分析 06 参考内容
引言
引言
随着建筑工业化的不断发展，装配式钢结构建筑逐渐成为现代建筑工程的重要发展方向。梁柱连接节点作为装配式钢结构建筑的重要组成部分，其受力机理对于整个结构的安全性和稳定性具有至关重要的影响。柱法兰连接节点作为装配式钢结构梁柱连接的一种常见形式，对其受力机理进行研究对于优化节点设计、提高结构安全性具有重要意义。

新型钢框架梁柱节点滞回性能试验研究及有限元分析

ｃｎｃｉｎｓａａｅｉｎｅｏｌｍｉｈｅｓｒｃｕａａｇｅｏｙｔｈｎｅｎｄｔｅｄｅｏｓＩｓｏｎｅｔｏｎｄｃｎｂｅｄｓｇｄｔｉｔｔｔｕｔｒｌｄｍａｎｌｏｔｅａｇｌｓａｈｒａｄｒｄ．ｔｉｆｕｎｏｄ，ｂｙｔｃｍｐａａｉｅｎａｙｉｏｓｘｃｎｅｔｏｔｓｅｔｈｅａｌａｉｇｅｕｅｅ，ｔｔｈｅｈｅｏｒｔｖａｌｓｓｆｉｏｎｃｉｎｓｅｔｄｗｉｈｔｓｍｅｏｄｎｓｑｎｃｈａｔｐｅｆｒａｅｄｇａａｉｆｔｏｒｏｍｎｃｅｒｄｔｏｎｏｈｅｃｎｎｅｔｏｙｂｅｕｔｄｆｏｔｌｓｉａａｃｉｎｓｍａｅｒｓｌｅｒｍｈｅｐａｔｃｄｍｇｅ，ｃａｋｐｒｐａｔｏｒｃｏｇａｉｎｏｆ
第３卷第６期３
２１年１Ｏｌ２月
木建ｕｌ＆ＥｎｒｎｎａＪｕｎｌｏｖｌ土ｃｉｅｔｒ与环境ｉｏ程ｔｌｇｎｅｉｇｏｒａｆＣｉｉ．Ａｒｈｔｃ筑ａｖ工ｍｅＥｎｉｅｒｎ
Ｖｏ．３ＮＯ６１３．
ｄｇａａｉｎｏｈｒｃｕｅｏｈｏｓｃｕｄｂｌｓｍｕａｅｙｔｅｆｉｅｅｅｅｔｍｅｈｄＭｅｎｅｒｄｔｒｔｅｆａｔｒｆｔｅｒｄｏｌｅｗｅｌｉｌｔｄｂｈｉｔｌｍｎｔｏ．ｏｎａｗｈｌ，ｉｅ

地震荷载作用下钢框架梁柱节点的低周疲劳损伤积累分析方法及探讨

［7 ］
结构的疲劳行为可分为高周疲劳和低周疲。高周疲劳循环荷载对应的应力和应变主要
给出了评价钢框架梁柱构件及节点的高周疲劳和低周疲劳性能的统一关系式。这种方法通过理想弹塑性材料的假设，认为应变（ ε）与结构部分的整体位移（ δ）或转角（ θ）成正比，即 Δε Δδ Δθ = = εy δy θy （ 4）
［7 ］
高周疲劳的结构受力主要处于弹性状态，可以 * 得 Δσ = E Δε，而通过结构屈服状态的表达式： σ（ F y ） = E ε y ，就可以用结构部分的整体位移幅（ Δδ）或转动幅（ Δθ）来建立应变幅（ Δε）的表达式，
* 即 Δσ = Δδ·σ（ F y ） / δ y = Δθ·σ（ F y ） / θ y ，将其代入式（ 1 ）可分别得到：
（ Northridge）地震（ 1994 ）和日本阪神地震（ 1995 ）对现代国际抗震钢结构的研究和设计产生了很大的影［3 ］响。研究表明，满足静载强度和刚度要求的钢结构体系并不能保证在地震作用下也能具有良好性能。虽然地震没有导致大多数钢结构出现局部和整体的坍塌，但是造成了较为普遍的局部脆性断裂和结构损伤，影响了结构的受力行为。从整体的角度看，地震能量在结构内的耗散同时取决于结构构件
［4 － 6 ］
和参数 m 的定义。 1． 1． 1 应变幅（ Δε）的定义在疲劳荷载作用下，钢框架梁柱构件和节点会出现不同类型的应力集中。钢框架梁柱节点由不同的组件构成，而几何不连续性成为导致这种应力集中的原因。钢框架梁柱节点受地震荷载作用可能发生较大的塑性变形，从而影响结构整体的延性。用于低周疲劳 S － N 曲线分析的应变幅（ Δε）主要通过等效位移幅和等效应力幅表达。 Krawinkler 等［9］较早提出将 S － N 曲线分析方法与结构的延性分析相结合，并给出了疲劳寿命与结构变形幅的塑性部分（ Δδ pl ）的关系式： N （ Δδ pl ） Bernuzzi 等

钢框架梁柱刚性节点破坏机理分析

ＷａｇＷａｚｅｎｎｈｎ
（ｉｌＵｉｒｔｏｒ￣ｅｔｅａｄＴｃｎｌｇＸｉｌ７０５）ＸｌｎｖｓｙｆｅｔｕｎｅｈｏｙａｅｉＡｅｒｏｌ１０５ａ
ＺａｉｏｇｈｏＨａｈｎ
当之处及对此问题的展望。
关键词：钢框架
梁柱节点对接焊缝
有限元模型
ＡＮＡＬＹＳＳｏＮＩＦＲＡＣＴＵＲＥ匝ＣＨＡＮＩＭＳＭＦＲⅡ）ＧＥＤｏＩＢＥ怂僵ＣＯＬＵＭＮ－ＣｏＮＮＥＣ【ｏＮＳＳＴＥＥＬＦＲＡＭＳ
ａｉｔｆｆａｔｒｆｒａ－ｏｕｏｎｃｉｎａｒｅｉｅａｅｎｔｅｃｒｎｐｃｆｃｔｎ，ｔｉｒｉｌｅｅｄｓｉｕｏｆｂｌｙｏｃｕｅｏｉｉｒｄｂｍｃｌｍｎｃｎｅｔｓｔｔａｅｄｓｅｏｈｎｇｄｂｓｄｏｕｒｔｓｅｉａｉｓｈｓａｔｅｇｔｔｉｔｂｔｎｏｈｅｉｏｃｓｈｒｉ
为了使梁柱连接能够形成可靠的耗能体系，Ｅ …要ＦＭＡ
脆断现象，坏位置主要在梁翼缘与柱连接的焊缝处，引破这
起了工程界的不安和兴趣。为此，文进行如下研究。本
图１试件示意
（ｏｔｗｓＩｓｔｔｆＤｅｉｎ＆ＲｅｅｒｈｏｉａＣｎｔｕｔｎＸｉａ７１０３ＮｒｅｔｎｔｕｅｏｓｇｈｉｓａｃｆＣｈｎｏｓｒｃｉｏｌｌ００）

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Study on damage behavior of weld of beam-to-column connection in steel frame Ⅰ ： experiment
SHI Yongjiu，XIONG Jun，WANG Yuanqing （ Department of Civil Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084 ，China）
48Leabharlann 0引言11. 1
试验概况
试件设计
1994 年的美国 Northridge 地震和 1995 年的日本 Kobe 地震中大量多高层钢框架结构在梁柱节点下翼，促使结构工程界开始重新认识和研究高层钢结构焊接节点的抗震性能。缘焊缝位置发生断裂破坏为此世界各国相继启动了多个合作研究计划，美国联邦应急管理署（ FEMA ）资助加州结构工程协会（ SEAOC ）、应用技术研究会（ ATC ）和部分大学（ CUREE）开展了联合研究计划 SAC Joint Venture（钢结构焊接节点研究计划）
。 Krawinkler
［3 ］
， Fisher
［4 ］
等对钢结构中全焊接和栓焊混合连接节点焊缝性能进行了研究。但随着高层钢结构节点强度和刚度的提高，全尺寸节点模型试验对试验条件要求较高，开展大批量的节点足尺试件破坏试验的成本很高。 Fisher 和 Kaufmann 设计了节点局部试件进行单向拉伸试验，单独分析节点梁下翼缘焊缝性能。试验结［45 ］，果表明此类构件破坏形态与整体节点破坏一致，但由于试件中板件边缘约束条件与全焊接节点不同，在焊缝裂纹分析中，需考虑梁受弯时焊缝裂纹尖端的实际受力状态。我国从上世纪 80 90 年代开始进行钢结构节点性能的试验研究，清华大学、同济大学、重庆大学、西安建筑科技大学等高校先后开展了钢梁柱节点的拟静力和拟动力试验研究。同济大［6 ］［7 ］［8 ］学李国强等，清华大学赵大伟、苏迪、奥晓磊
［2 ］［1 ］
共设计 9 组材料强度、几何尺寸、构造方式不同 9 个进行单向拉伸试验的局部节点试件 20 个，（ SP1A SP9A ）， 11 个进行循环荷载试验（ SP1B SP9B， SP1C ， SP1D）。试件选取钢框架梁柱节点中梁图 2 ）。试件尺寸及构下翼缘和节点部分区域（图 1 ，造如图 2 所示。试件核心区为 T 字形截面，梁翼缘与柱翼缘之间的焊缝采用全熔透坡口焊，焊接孔采用直径 30 mm 的 1 /4 圆孔。Q345 钢材采用 E50 型焊条 Q390 、 Q420 钢材采用 E55 型焊条焊接。焊缝焊接，质量等级为 I 级。其余位置采用焊角尺寸为 12 mm 的角焊缝。
基金项目：国家自然科学基金项目（ 90815004 ），国家自然科学基金项目（ 50778102 ）。 mail： shiyj@ mail. tsinghua. edu. cn 作者简介：石永久（ 1962 — ），男，黑龙江鸡东人，工学博士，教授。Email： xiongj02@ mails. tsinghua. edu. cn 通讯作者：熊俊（ 1983 — ），男，四川乐至人，工学博士，助理研究员。E收稿日期： 2010 年 8 月
（清华大学土木工程系，北京 100084 ）
摘要：选取 20 个钢框架全焊接梁柱节点局部试件进行单向拉伸和拉压循环试验，记录了试件的破坏模态和应力应变曲线，分析了材料强度、加载方式、板件厚度、宽度等参数对节点局部焊缝性能的影响，研究了焊缝开裂对节点损伤的影响。试验表明，循环加载会显著削弱焊接试件承载能力和变形能力，导致焊缝的开裂和破坏；焊缝在循环荷载作用下，受压的塑性发焊缝中裂纹发展导致节点承载力下降和刚度损伤；展会削弱焊缝延性；焊缝开裂和板件屈曲是节点损伤的两大主要因素，板件屈服后的局部屈曲对节点的损伤有待进一步研究。关键词：钢节点；单向拉伸试验；拉压循环试验；焊缝损伤中图分类号： TU973. 257 TU317. 1 文献标志码： A
Abstract： 20 specimens，originating from welded beamtocolumn connections，were tested under monotonic and cyclic loading． The failure modes and deformation curves were observed． The effects of material strength，loading regime ，beam thickness and width were analyzed． The damage characteristics of weld was paid particular attention to． The experimental results reveal that cyclic loading result in the weld failure which weakens the resistance and deformation capacity of welded specimens． The plastic deformation weakens the weld ductility． Weld crack and local buckling cause the connection damage． The resistance and stiffness of specimens constantly are weakened while the crack propagation and the influence of postyield local buckling needs an indepth research． Keywords： steel connection； monotonic tensile test ； cyclic loading test ； weld damage
建筑结构学报
Journal of Building Structures
第 33 卷第 3 期 2012 年 3 月 Vol. 33 No. 3 Mar． 2012
007
文章编号： 1000-6869 （ 2012 ） 03-0048-08
钢框架梁柱节点焊缝损伤性能研究 Ⅰ ：试验研究
石永久，熊俊，王元清