【摘 要】
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钢结构梁柱节点焊缝中或多或少会存在裂纹,在外荷载作用下,这些裂纹会进一步扩展,最终导致节点焊缝区域断裂。在地震等荷载作用下,节点焊缝处裂纹会对整体结构承载能力产生不良影响。因此在钢结构构件设计及抗震设计中对焊缝质量应给予足够的重视。本文在考虑节点含初始裂纹a0和累积损伤的基础上,提出了兼顾准确性和高效性的空间钢框架杆件模型,研究节点含不同深度初始裂纹对结构易损性的影响。主要内容和研究成果如下:(1
【基金项目】
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江苏省普通高校研究生科研创新计划,KYLX15-0211,基于损伤模型的钢框架结构地震易损性分析; 东南大学土木工程学院优势学科/品牌专业建设工程专项资金,CE02-1-51,基于损伤模型的钢框架结构地震易损性分析;
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钢结构梁柱节点焊缝中或多或少会存在裂纹,在外荷载作用下,这些裂纹会进一步扩展,最终导致节点焊缝区域断裂。在地震等荷载作用下,节点焊缝处裂纹会对整体结构承载能力产生不良影响。因此在钢结构构件设计及抗震设计中对焊缝质量应给予足够的重视。本文在考虑节点含初始裂纹a0和累积损伤的基础上,提出了兼顾准确性和高效性的空间钢框架杆件模型,研究节点含不同深度初始裂纹对结构易损性的影响。主要内容和研究成果如下:(1)以含a0的足尺梁柱焊接构件试验模型为研究对象,以扩展有限元(XFEM)为分析手段,完成了节点从启裂到下翼缘断裂破坏全过程的精确仿真。采用四种加载制度,分析不同加载幅值对含裂纹节点性能的影响,研究结果表明,加载跨幅对节点性能影响较小,采用XFEM可以较好反映构件退化特征。(2)研究了a 0所处位置对节点性能的影响,将a 0设置在梁下翼缘焊缝区域左、中、右三个位置,对节点破坏模式、退化特性、损伤曲线及断裂性能进行详细分析。研究结果表明,a0在梁下翼缘焊缝区域的位置不会显著影响节点性能,可以将a0设置在中间代表梁下翼缘焊缝区域存在初始裂纹。(3)提出了节点连接器杆件简化计算模型,对梁下翼缘焊缝区域含a0为0.0mm~8.0mm深度初始裂纹的节点进行有限元仿真,建立屈服点、极限点参数与a0的数值关系。以节点屈服点、极限点的弯矩、转角值设置连接器参数,建立适用于不同a0深度的节点简化模型。(4)在节点简化模型基础上,建立钢框架杆件模型,并进行静力弹塑性分析。根据节点失效状态定义不同性能限值并划分破坏状态。研究结果表明,本文中使用考虑损伤的双参数模型较单参数模型,不依赖加载制度,更合理描述试件损伤破坏过程。(5)为研究a0对钢框架结构地震动需求的影响,选取节点含a0的钢框架结构为研究对象,建立结构地震需求模型。将节点含有初始裂纹这一因素,作为结构不确定因素,在整体框架中对a0在不同位置的相关性采用完全独立的简化方法,即框架中每个节点的初始裂纹深度不同。建立节点含初始裂纹的钢框架结构的结构反应和地震动强度参数之间的概率关系。(6)为研究节点中a0对结构地震易损性的影响,以7层3跨钢结构为例,将节点含初始裂纹这一个不确定因素作为结构的不确定性加以考虑,获得地震易损性曲线。研究结果表明,本文从节点初始裂纹出发,建立的考虑初始裂纹的钢框架杆件模型,可以较好的进行节点含初始裂纹的钢框架结构地震易损性分析。通过试验验证、数值计算、理论分析,本文完成了节点含初始裂纹的钢框架结构地震易损性分析。完善和推进了地震易损性研究理论体系,为含初始裂纹节点的复杂力学行为研究提供了有力的技术支撑,为实际工程问题提供分析方法。
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