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1、过焊孔衬板焊接形式对钢框架梁柱节点断裂性能影响的试验研究和力学性能分析国内外重大灾害调查发现, 普通焊接钢框架在地震荷载作用下易在梁柱节点连接处发生脆性开裂 , 其中由对接焊缝开裂导致节点失效的情况尤为普遍, 属于节点设计中的薄弱环节 , 研究发现改进焊接垫板处的受力状态对缓解对接焊缝的开裂具有明显效果。但是, 目前工程中常用的、国内外学者所提出的柱翼缘与梁翼缘焊接垫板处的构造还需进一步完善补充。本文提出衬板四边围焊的新型构造形式, 并与衬板双边焊和衬板单边焊的构造形式进行了试验与有限元数值模拟的对比分析, 研究了过焊孔衬板连接焊缝对梁柱连接节点断裂性能的影响, 主要研究内容包括 :(1) 设
2、计了 3 个栓焊混合连接边柱节点试件进行低周往复加载试验, 分析了各个试件的破坏形态、承载力及耗能性能 , 试验结果表明 : 过焊孔衬板连接焊缝对节点极限承载力及耗能能力有一定影响。过焊孔衬板采用双边焊缝节点试件的延性系数、等效粘滞阻尼系数、 极限承载力与采用单边焊缝的节点试件相比分别提高了29%、31%、23%;过焊孔衬板采用四边围焊缝节点试件的延性系数、等效粘滞阻尼系数、 极限承载力与采用单边焊缝节点试件相比 , 分别提高了 70%、47%、33%。且过焊孔衬板采用双边焊和四边围焊可改善对接焊缝处应力状态, 将应力峰值外移至梁翼缘母材 , 减缓对接焊缝开裂。 (2) 基于 ANSYS有限元
3、分析软件针对3个栓焊混合连接边柱节点试件建立了三维热分析模型, 模拟了 3 种不同对接焊缝构造形式的节点试件的焊接瞬态过程, 计算得到节点的焊接温度场及残余应力分布。在焊接残余应力的有限元模拟结果的基础上, 对模型施加循环往复荷载, 提取分析各模型在指定路径下的应力三轴度、等效塑性应变指数和开裂指数, 以评估不同衬板焊接构造形式对节点断裂性能的影响。分析发现: 在衬板右侧补焊一条角焊缝 , 可以将普通钢框架节点试件的开裂指数峰值外移。对接焊缝衬板采用四边围焊的构造方式比对接焊缝衬板采用双边焊的构造方式对缓解对接焊缝区域的开裂更为有效。衬板四边围焊的构造形式亦可缓解过焊孔趾位置处的开裂。(3) 基于经典断裂理论通过 ANSYS有限元软件建立三维等效 T 型件断裂分析模型 , 以型裂纹尖端应力强度因子 K_和 J 积分为评价指标 , 对比分析了衬板四边围焊、衬板双边焊、 衬板单边焊三种衬板焊缝构造对节点断裂性能影响。 结果表明 : 改变衬板的焊接构造可以改善对接焊缝的断裂韧性 , 衬板双边焊和衬板四边围焊的构造均可降低缺陷尖端处的型应力强度因子K_及 J_值 , 采用四边围焊对防止对接焊缝端部发生脆性开裂效果更为明显, 可显著降低缺陷尖端处的型应力强度因子K_及 J_值。