Y型矩形管節(jié)點(diǎn)滯回性能與應(yīng)用的研究.pdf

1、鋼管結(jié)構(gòu)具有外形美觀、結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越、施工工期短等多方面優(yōu)點(diǎn)，因而在海洋平臺(tái)、大跨度屋蓋、輸電線塔、高層建筑等土木工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鋼管節(jié)點(diǎn)作為鋼管結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其性能受到研究人員的長(zhǎng)期關(guān)注。已完成的研究工作主要集中于鋼管節(jié)點(diǎn)的靜力及高周疲勞性能，并形成了成熟的靜力及疲勞設(shè)計(jì)方法。但對(duì)鋼管節(jié)點(diǎn)抗震性能的研究較少，造成目前在役鋼管結(jié)構(gòu)的抗震性能評(píng)估及新建鋼管結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)存在諸多不確定性。有鑒于此，為進(jìn)一步完善鋼管結(jié)構(gòu)的研究和推廣

2、使用鋼管結(jié)構(gòu)，有必要深入研究鋼管節(jié)點(diǎn)及鋼管結(jié)構(gòu)的抗震性能。本文對(duì)Y型矩形管-管節(jié)點(diǎn)和Y型縱向板-矩形管節(jié)點(diǎn)的滯回性能進(jìn)行了試驗(yàn)、有限元和理論分析。具體內(nèi)容如下：
　?。?）進(jìn)行了10個(gè)Y型矩形管-管節(jié)點(diǎn)及8個(gè)Y型縱向板-矩形管節(jié)點(diǎn)的擬靜力試驗(yàn)。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)節(jié)點(diǎn)在弦管表面沿某條關(guān)鍵點(diǎn)連線形成穿透裂縫后不久，即由于裂縫迅速擴(kuò)展導(dǎo)致試驗(yàn)停止。據(jù)此提出可將弦管表面沿關(guān)鍵點(diǎn)連線形成穿透裂縫視作節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定工作階段結(jié)束的標(biāo)志，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定

3、工作階段性能對(duì)其滯回性能進(jìn)行合理評(píng)價(jià)。試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的滯回曲線均比較飽滿。通過試驗(yàn)研究了去應(yīng)力退火處理和幾何參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定工作階段滯回性能的影響。結(jié)果表明，退火后，節(jié)點(diǎn)的延性比及累積能量耗散比明顯增大。隨支弦管夾角增大，退火管-管節(jié)點(diǎn)的延性比略有減小，板-管節(jié)點(diǎn)的延性比、累積延性比及累積能量耗散比明顯增大。隨著弦管寬厚比減小，管-管節(jié)點(diǎn)的累積延性比及累積能量耗散比減小。隨節(jié)點(diǎn)板有效厚度與弦管寬度比增大，板-管節(jié)點(diǎn)的延性比及累積能量耗散比增大。

4、
　?。?）基于雙線性強(qiáng)化模型及簡(jiǎn)化的Lemaitre損傷模型，建立了考慮損傷演化的混合強(qiáng)化本構(gòu)模型，通過編制有限元程序 ANSYS的用戶子程序?qū)崿F(xiàn)。給出了利用單軸拉伸材料常數(shù)計(jì)算材料損傷參數(shù)的近似方法。采用此本構(gòu)模型考慮材料損傷，對(duì)本文的節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)進(jìn)行了有限元模擬。與試驗(yàn)中節(jié)點(diǎn)開裂部位相對(duì)應(yīng)，定義了三維有限元模型的關(guān)鍵體元和關(guān)鍵面域?；趽p傷耗散能值，給出了有限元模型中關(guān)鍵部位形成穿透裂縫的判斷方法，從而可預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定工作壽命。

5、模擬試驗(yàn)的結(jié)果表明，本文提出的考慮損傷的有限元法可用于分析Y型矩形管-管節(jié)點(diǎn)和Y型縱向板-矩形管節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定工作階段的滯回性能。
　?。?）采用有限元法分析了加載制度對(duì) Y型矩形管-管節(jié)點(diǎn)和Y型縱向板-矩形管節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定工作階段滯回性能的影響，得出以下結(jié)論：1）在等幅對(duì)稱加載時(shí)隨位移幅值增大，節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定工作壽命降低，管-管節(jié)點(diǎn)的累積延性比和累積能量耗散比先減小后增大，板-管節(jié)點(diǎn)的累積延性比減小，板-管節(jié)點(diǎn)的累積能量耗散比先增大后減小。2）

6、若位移幅值不變，適當(dāng)?shù)氖芾蚴軌浩骄悼梢孕》岣吖?管節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定工作壽命，并導(dǎo)致管-管節(jié)點(diǎn)的累積延性比、累積能量耗散比增大；但受拉或受壓平均幅值降低了板-管節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定工作壽命，并導(dǎo)致板-管節(jié)點(diǎn)的累積延性比和累積能量耗散比減小。
　　通過有限元分析，給出了穩(wěn)定工作階段滯回性能較好的節(jié)點(diǎn)幾何參數(shù)范圍，可供工程應(yīng)用時(shí)參考。
　　（4）基于有限元分析結(jié)果，提出了Y型矩形管-管節(jié)點(diǎn)和Y型縱向板-矩形管節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化恢復(fù)力模型，通過編制

7、 ANSYS程序的用戶自定義單元子程序?qū)崿F(xiàn)。采用自定義單元模擬本文的節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，得到的滯回曲線與考慮損傷的三維有限元模型計(jì)算所得曲線吻合較好。在對(duì)整體結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行有限元分析時(shí)，采用自定義單元替代三維有限元模型來模擬節(jié)點(diǎn)的滯回行為可顯著簡(jiǎn)化有限元建模及分析過程。
　　（5）鑒于Y型矩形管-管節(jié)點(diǎn)和Y型縱向板-矩形管節(jié)點(diǎn)良好的滯回性能，提出了利用上述節(jié)點(diǎn)耗能的支撐體系。選取文獻(xiàn)中單層單跨框架結(jié)構(gòu)作為基本結(jié)構(gòu)，采用含Y型矩形管-管節(jié)