能量釋放率對(duì)栓焊鋼節(jié)點(diǎn)的脆斷性能的影響.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)以其良好的力學(xué)性能、經(jīng)濟(jì)性能和使用性能廣泛地應(yīng)用在大型工業(yè)設(shè)備、廠房、橋梁等領(lǐng)域，尤其是在建筑上。但是在北嶺地震(Northridge Earthquake)和阪神地震(Hyogoken-Nanbu Earthquake)中可以看到，許多鋼結(jié)構(gòu)建筑的倒塌破壞是由于焊接梁柱節(jié)點(diǎn)的失效破壞引起的，其中多數(shù)情況下是因?yàn)楹附庸に嚨挠绊?，在鋼?jié)點(diǎn)連接中出現(xiàn)了裂紋而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性斷裂。目前國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)鋼

2、結(jié)構(gòu)脆性斷裂的控制還很不完善，不能夠?qū)?gòu)件是否發(fā)生脆性斷裂進(jìn)行定量的準(zhǔn)確判斷和分析。
　　 針對(duì)北嶺地震中失效的鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊連接節(jié)點(diǎn)，本論文以斷裂力學(xué)作為理論依據(jù)，利用Ⅰ型裂紋模式，采用線彈性階段下J積分理論相當(dāng)于能量釋放率理論作為本論文的研究前提，應(yīng)用了大型有限元軟件ABAQUS6.9.1，選用了低碳鋼Q235B，使用了不同截面形狀和尺寸的梁柱栓接節(jié)點(diǎn)，利用了倒塌單元技術(shù)模擬裂紋尖端處的奇異應(yīng)力場(chǎng)，模擬了六組節(jié)點(diǎn)試件，分析了

3、焊縫裂紋尖端附近的能量釋放率對(duì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)脆性斷裂性能影響，為對(duì)以后鋼結(jié)構(gòu)脆斷的判斷和分析提供相關(guān)依據(jù)。結(jié)果表明：裂紋尖端處的最大能量釋放率發(fā)生在梁下翼緣處。在相同荷載作用下裂紋尖端處的能量釋放率會(huì)隨著梁柱截面的增大而減小。柱截面不變時(shí)隨著梁截面的增大而減小，隨著彈性模量的增大而減小，隨著回轉(zhuǎn)半徑的增加而變大，即梁截面慣性矩大的節(jié)點(diǎn)承載能力強(qiáng)。方鋼柱H型梁節(jié)點(diǎn)的斷裂性能較H型鋼節(jié)點(diǎn)好，其裂紋尖端處的最大能量釋放率在相同荷載作用下較H型鋼柱

4、的小。兩種連接節(jié)點(diǎn)發(fā)生裂紋失穩(wěn)破壞時(shí)的位置不同，H型鋼柱節(jié)點(diǎn)在柱焊縫界面處的中心，而方鋼型柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生在柱焊縫界面處150mm的邊緣。
　　 此外，梁下翼緣位置裂紋先于上翼緣處開裂，裂紋尖端處在達(dá)到最大能量釋放率前，上翼緣處的裂紋連同其對(duì)應(yīng)的柱的加勁肋會(huì)先后發(fā)生屈曲，降低了下翼緣位置處的裂紋尖端的臨界能量釋放率。裂紋尖端處能量釋放率不受荷載作用位置的影響。只要荷載達(dá)到了斷裂韌性，裂紋就會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展。另外，材料的彈性模量會(huì)影響裂紋尖端