柱横向加筋肋宽度对节点延性的影响
抗弯钢框架结构一直被认为是抵抗地震作用最好的结构体系，但是地震中仍然会出现大量的梁柱焊接节点事故，随着制造业的发展和科学技术的日益进步,焊接构件的性能不仅满足力学性能,此外，它必须满足高强度，耐腐蚀，良好的导电性，导热性和类似性能要求。迄今为止，连续板宽度对T形节点延性的影响尚没有文献刊载记录过，鉴于连续板宽度对T形节点的延性具有重要的影响。本文只要研究适当降低连续板对T形节点梁端的约束作用如何有效提高T形节点的延性，从而得到了一些有意义的结论。
目录
一、引言 1
（一）选题的背景与研究意义 1
1.研究的背景 1
2.国内关于梁柱焊接节点的研究现状 2
3.国内外关于损伤累积的研究现状 3
（二）本文的主要研究成果及创新点 6
1.本文主要的研究工作 6
2.本文的主要创新点 6
二、柱横向加劲肋宽度对T形节点延性的影响 7
（一）连续板对T形节点的影响 7
（二）茹继平节点试件SPA2参数分析 8
1.茹继平节点试件SPA2简介 8
2.节点试件SPA2有限元模型的校核 8
3.参数分析 10
（三）J.M.Ricles节点试件T1参数分析 15
三、结论 19
致谢 19
参考文献 21
一、引言
（一）选题的背景与研究意义
1.研究的背景
抗弯钢框架结构一直被认为是抵抗地震作用最好的结构体系。但是1994年美国Northridge地震和1995年Kobe地震出现了大量的梁柱焊接节点破坏事故，震惊了工程界。裂纹通常起始于梁翼缘对接焊缝处，然后扩展到梁或柱，图1.1为Northridge地震中发生破坏的节点。美国SAC钢结构项目在FEMA的资助下，对梁柱焊接节点产生破坏的原因和提出解决问题的方法进行了两阶段的研究。SAC第一阶段的研究内容主要是找出发生破坏的原因和提出改进的设计方法，第二阶段的研究内容主要是对第一阶段提出的改进的节点设计进行试验测试和验证。
许多因素被认为是导致节点发生脆性破坏的主要原因，包括使用韧性较低的焊材和较差 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
的焊接质量;上述下焊接凸缘对焊衬里不被除去，以形成在所述梁的下凸缘的对接焊缝的人工裂缝。
SAC第一阶段研究成果提出的改进的节点设计方法主要有：
1）强制使用韧性好的焊缝金属，在28.8℃夏比冲击韧性不少于27.1J。
2） 强制采用韧性好的焊材对焊缝根部进行加强。
3） 显著改进焊接操作方法，包括去除引弧板，去除梁下翼缘对接焊缝衬板并对下翼缘对接焊缝底部进行清根。
4） 要求使用较平滑的焊接孔，并要求拥有较好的抵抗低周疲劳破坏的几何外形。
5） 强制使用较厚的连续板，且连续板至少和梁翼缘等厚度，连续板与柱翼缘采用全熔透对接焊缝。
6） 隐含要求使用较高的剪切板和更多的螺栓以传递更大的剪力。
7） 强制要求使用的钢材性能与当前可以利用的钢材材料性能相一致。
虽然提出了上述改进方法，但是Stojadinovic（2000）、J.M.Ricles（2002）等对北岭地震后改进的节点进行的试验研究表明，采用的上述减轻焊缝断裂的方法是有效的，但是这样设计出的节点仍不能够符合特殊抗弯框架要求达到的3%的塑性层间位移角。Stojadinovic的10个节点试件取得的平均塑性转角仅1.5%，试验结果表明，梁翼缘对接焊缝处应力过大，新的可以抵抗地震作用的节点设计方法应该结合减轻焊缝断裂的措施。狗骨式节点和其它一些加强式节点可以有效减轻梁翼缘对接焊缝处的应力，具有较满意的延性。但是，狗骨式节点严重削弱了梁翼缘，一些结构工程师难以接受。盖板加强型节点由于盖板处焊接残余应力复杂，并且应力集中严重，增加了脆性破坏的可能；肋板加强型节点和加腋型节点现场安装难度大，且降低了建筑净空。此外，加强型节点表现的延性性能并不稳定，大多节点试件具有较满意的延性，但也有部分试件延性较差。鉴于以上原因，狗骨式节点和加强型节点难以得到广泛应用，而普通梁柱焊接节点仍然在实际工程中得到广泛应用。
因此，进一步提高普通梁柱焊接节点的延性十分重要，而普通梁柱焊接节点的局部构造细节对节点的延性有着重要的影响。进一步研究局部构造细节对节点延性性能的影响，对于改进普通梁柱焊接节点设计，提高节点延性具有重要的意义。
在非弹性循环荷载作用下，低周疲劳破坏（或超低周疲劳破坏）是梁柱焊接节点主要的破坏模式。损伤累积理论可以很好地预测钢结构或钢构件的低周疲劳寿命，较准确地评估低周疲劳所引起的钢材弹性模量和屈服强度。本文拟对具有不同局部构造细节的梁柱焊接节点进行考虑损伤累积效应的非线性分析，以评估不同的节点局部构造细节对节点延性性能的影响。
2.国内关于梁柱焊接节点的研究现状
北京交通大学茹继平、沈世钊（2005）进行了T形节点用梁板开圆孔的拟静力试验研究，并进行了六层平面钢框架用梁板开圆孔的拟动力和拟静力试验研究。通过腹板开圆孔节点域标准节点之间、不同削弱程度的削弱节点之间试验数据的对比，试验结果与数值分析结果的对比，讨论幅材的开放孔、承载能力、刚度、韧性、滞后曲线和点的其他性能指标的破坏特性。实验结果表明，在梁腹板合适位置上开设一定大小的圆孔，梁塑性铰首先出现在削弱部位，梁翼缘对接焊缝处的破坏就会有效减少。
西安建筑科技大学郁有升、王燕（2008）研究狗骨式节点在循环荷载下的延性和滞回性能，对5个狗骨式节点和1个普通梁柱焊接节点进行了循环加载试验。试验结果表明，狗骨式节点在塑性变形能力和耗能性能上比普通型梁柱节点要好。狗骨式节点试件的滞回曲线比普通型节点试件的滞回曲线显得饱满，滞回面积比较大。试验中5个狗骨式节点的塑性转角都大于0.04rad，延性系数大于4.0，达到了抗弯钢框架连接塑性转角不小于0.03rad，延性系数不小于4.0的要求。分析结果表明：狗骨式节点可以在梁翼缘削弱区域形成塑性铰，避免梁翼缘根部应力发展导致梁柱连接焊缝的脆性破坏，对实现抗震设计中“强节点弱构件”的设计思想有利。
同济大学潘伶俐、陈以一（2012）设计了2组4个平面中柱节点试件,进行拟静力试验,分析竖向加劲肋对节点破坏模式、承载力、刚度、延性、耗能能力等性能的影响。实验研究表明，试样的滞后曲线的形状是稳定的，和屈曲后的接头结构域的曲线具有捏现象，但轴承容量不会显著降低，延展性好;垂直加强件对试件刚度、承载力和延性影响很弱,但增加了能量消耗，减少了平面外变形，改善了剪切屈曲性能。
目录
一、引言 1
（一）选题的背景与研究意义 1
1.研究的背景 1
2.国内关于梁柱焊接节点的研究现状 2
3.国内外关于损伤累积的研究现状 3
（二）本文的主要研究成果及创新点 6
1.本文主要的研究工作 6
2.本文的主要创新点 6
二、柱横向加劲肋宽度对T形节点延性的影响 7
（一）连续板对T形节点的影响 7
（二）茹继平节点试件SPA2参数分析 8
1.茹继平节点试件SPA2简介 8
2.节点试件SPA2有限元模型的校核 8
3.参数分析 10
（三）J.M.Ricles节点试件T1参数分析 15
三、结论 19
致谢 19
参考文献 21
一、引言
（一）选题的背景与研究意义
1.研究的背景
抗弯钢框架结构一直被认为是抵抗地震作用最好的结构体系。但是1994年美国Northridge地震和1995年Kobe地震出现了大量的梁柱焊接节点破坏事故，震惊了工程界。裂纹通常起始于梁翼缘对接焊缝处，然后扩展到梁或柱，图1.1为Northridge地震中发生破坏的节点。美国SAC钢结构项目在FEMA的资助下，对梁柱焊接节点产生破坏的原因和提出解决问题的方法进行了两阶段的研究。SAC第一阶段的研究内容主要是找出发生破坏的原因和提出改进的设计方法，第二阶段的研究内容主要是对第一阶段提出的改进的节点设计进行试验测试和验证。
许多因素被认为是导致节点发生脆性破坏的主要原因，包括使用韧性较低的焊材和较差 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
的焊接质量;上述下焊接凸缘对焊衬里不被除去，以形成在所述梁的下凸缘的对接焊缝的人工裂缝。
SAC第一阶段研究成果提出的改进的节点设计方法主要有：
1）强制使用韧性好的焊缝金属，在28.8℃夏比冲击韧性不少于27.1J。
2） 强制采用韧性好的焊材对焊缝根部进行加强。
3） 显著改进焊接操作方法，包括去除引弧板，去除梁下翼缘对接焊缝衬板并对下翼缘对接焊缝底部进行清根。
4） 要求使用较平滑的焊接孔，并要求拥有较好的抵抗低周疲劳破坏的几何外形。
5） 强制使用较厚的连续板，且连续板至少和梁翼缘等厚度，连续板与柱翼缘采用全熔透对接焊缝。
6） 隐含要求使用较高的剪切板和更多的螺栓以传递更大的剪力。
7） 强制要求使用的钢材性能与当前可以利用的钢材材料性能相一致。
虽然提出了上述改进方法，但是Stojadinovic（2000）、J.M.Ricles（2002）等对北岭地震后改进的节点进行的试验研究表明，采用的上述减轻焊缝断裂的方法是有效的，但是这样设计出的节点仍不能够符合特殊抗弯框架要求达到的3%的塑性层间位移角。Stojadinovic的10个节点试件取得的平均塑性转角仅1.5%，试验结果表明，梁翼缘对接焊缝处应力过大，新的可以抵抗地震作用的节点设计方法应该结合减轻焊缝断裂的措施。狗骨式节点和其它一些加强式节点可以有效减轻梁翼缘对接焊缝处的应力，具有较满意的延性。但是，狗骨式节点严重削弱了梁翼缘，一些结构工程师难以接受。盖板加强型节点由于盖板处焊接残余应力复杂，并且应力集中严重，增加了脆性破坏的可能；肋板加强型节点和加腋型节点现场安装难度大，且降低了建筑净空。此外，加强型节点表现的延性性能并不稳定，大多节点试件具有较满意的延性，但也有部分试件延性较差。鉴于以上原因，狗骨式节点和加强型节点难以得到广泛应用，而普通梁柱焊接节点仍然在实际工程中得到广泛应用。
因此，进一步提高普通梁柱焊接节点的延性十分重要，而普通梁柱焊接节点的局部构造细节对节点的延性有着重要的影响。进一步研究局部构造细节对节点延性性能的影响，对于改进普通梁柱焊接节点设计，提高节点延性具有重要的意义。
在非弹性循环荷载作用下，低周疲劳破坏（或超低周疲劳破坏）是梁柱焊接节点主要的破坏模式。损伤累积理论可以很好地预测钢结构或钢构件的低周疲劳寿命，较准确地评估低周疲劳所引起的钢材弹性模量和屈服强度。本文拟对具有不同局部构造细节的梁柱焊接节点进行考虑损伤累积效应的非线性分析，以评估不同的节点局部构造细节对节点延性性能的影响。
2.国内关于梁柱焊接节点的研究现状
北京交通大学茹继平、沈世钊（2005）进行了T形节点用梁板开圆孔的拟静力试验研究，并进行了六层平面钢框架用梁板开圆孔的拟动力和拟静力试验研究。通过腹板开圆孔节点域标准节点之间、不同削弱程度的削弱节点之间试验数据的对比，试验结果与数值分析结果的对比，讨论幅材的开放孔、承载能力、刚度、韧性、滞后曲线和点的其他性能指标的破坏特性。实验结果表明，在梁腹板合适位置上开设一定大小的圆孔，梁塑性铰首先出现在削弱部位，梁翼缘对接焊缝处的破坏就会有效减少。
西安建筑科技大学郁有升、王燕（2008）研究狗骨式节点在循环荷载下的延性和滞回性能，对5个狗骨式节点和1个普通梁柱焊接节点进行了循环加载试验。试验结果表明，狗骨式节点在塑性变形能力和耗能性能上比普通型梁柱节点要好。狗骨式节点试件的滞回曲线比普通型节点试件的滞回曲线显得饱满，滞回面积比较大。试验中5个狗骨式节点的塑性转角都大于0.04rad，延性系数大于4.0，达到了抗弯钢框架连接塑性转角不小于0.03rad，延性系数不小于4.0的要求。分析结果表明：狗骨式节点可以在梁翼缘削弱区域形成塑性铰，避免梁翼缘根部应力发展导致梁柱连接焊缝的脆性破坏，对实现抗震设计中“强节点弱构件”的设计思想有利。
同济大学潘伶俐、陈以一（2012）设计了2组4个平面中柱节点试件,进行拟静力试验,分析竖向加劲肋对节点破坏模式、承载力、刚度、延性、耗能能力等性能的影响。实验研究表明，试样的滞后曲线的形状是稳定的，和屈曲后的接头结构域的曲线具有捏现象，但轴承容量不会显著降低，延展性好;垂直加强件对试件刚度、承载力和延性影响很弱,但增加了能量消耗，减少了平面外变形，改善了剪切屈曲性能。
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