基于细观损伤力学的梁柱焊接节点断裂破坏预测分析

应用细观损伤力学模型预测分析单调荷载作用下梁柱焊接节点的裂纹萌生与扩展。分别依据节点部位的母材、热影响区和焊缝金属缺口试样的单轴拉伸试验，标定材料细观损伤力学模型的参数；通过有限元分析模拟，预测焊接节点的开裂位置以及断裂破坏的过程，与已有试验结果以及基于微孔扩展模型和应力修正临界应变模型的有限元分析结果相比，建议的细观损伤力学模型的有限元分析结果具有更好的预测精度；针对不同焊接孔几何形状对节点断裂性能的影响进行有限元分析，结果表明，孔的几何形状对节点的断裂破坏模式的影响显著，长圆孔比圆孔具有更好的节点延性，开裂延缓，但是两种孔形的节点承载力差别很小。     

钢框架梁柱节点焊缝损伤性能研究Ⅱ：理论分析和有限元模拟

采用断裂力学理论,依据9个钢框架全焊接梁柱节点局部试件的单向拉伸试验结果,对节点试件的焊缝损伤进行了理论分析和有限元模拟。理论计算表明,简化计算式能够简洁地反映节点开裂情况,但对约束条件、裂纹尺寸的简化会影响计算精度。有限元分析结果表明,焊接孔附近的应力集中和热影响区材料的退化导致节点焊缝断裂易发生在梁腹板焊缝位置和梁翼缘焊缝热影响区,两处开裂概率接近,与试验结果吻合;试件开裂位置由初始缺陷的尺寸、位置和材料断裂韧性共同决定;弹塑性有限元分析能够较准确分析试件开裂位置和启裂荷载,精度较高,为研究梁柱节点焊缝损伤性能提供了一种损伤判断方法和准则。     

Study on damage behavior of weld of beam-to-column connection in steel frame 11 ： theoretical analysis and finite element simulation

采用断裂力学理论,依据9个钢框架全焊接梁柱节点局部试件的单向拉伸试验结果,对节点试件的焊缝损伤进行了理论分析和有限元模拟。理论计算表明,简化计算式能够简洁地反映节点开裂情况,但对约束条件、裂纹尺寸的简化会影响计算精度。有限元分析结果表明,焊接孔附近的应力集中和热影响区材料的退化导致节点焊缝断裂易发生在梁腹板焊缝位置和梁翼缘焊缝热影响区,两处开裂概率接近,与试验结果吻合;试件开裂位置由初始缺陷的尺寸、位置和材料断裂韧性共同决定;弹塑性有限元分析能够较准确分析试件开裂位置和启裂荷载,精度较高,为研究梁柱节点焊缝损伤性能提供了一种损伤判断方法和准则。     

结构钢断裂试验及数值分析

为探寻结构钢宏观韧、脆断机理及抗断设计,对10个结构钢开孔板进行了单向拉伸断裂试验.试验显示,初始开裂点位于应力集中较为明显的孔边.试验中还较为精确地测量了初始微观开裂时的加载位移及全程载荷一位移曲线,为研究结构钢断裂机理和抗断设计准则提供了较为可靠的试验依据.通过对数值模拟初始开裂点的应力场分析,对比验证了某开裂准则的适用性,并回归修正了结构钢在应力三轴空间延性开裂强度的近似公式.     

竹层积材钢夹板螺栓节点的承压性能

进行了4个测试组共20个竹层积材钢夹板螺栓节点承压试验研究,并采用ABAQUS有限元软件建立了螺栓节点的三维实体非线性有限元模型,分析了竹层积材厚度和螺栓直径对节点刚度、屈服载荷和破坏形式等力学性能的影响.研究表明:非线性有限元计算结果与试验结果吻合良好,能够准确预测节点刚度、屈服载荷和破坏模式;随螺栓直径的增加,螺栓节点的刚度和屈服载荷大致呈线性增加;竹层积材厚度的增加能显著提高节点的极限载荷和延性系数;节点的破坏形式受螺栓直径扣竹层积材厚度的共同影响,当节点破坏形态为Ⅰ型时,螺栓和竹层积材这2种材料的强度均能充分发挥且节点延性系数较高,节点力学性能最佳.     

新型装配式高强钢筋混凝土框架节点受力性能

对2个装配式高强钢筋混凝土框架节点试件与1个现浇高强钢筋混凝土框架节点试件进行低周往复荷载试验.对比分析节点试件的破坏形态、延性及承载力等抗震性能指标和钢筋应变、连接杆应变等受力性能指标.试验结果表明：各试件节点均为核心区剪切破坏,钢纤维的加入可以有效减小核心区裂缝宽度,有效改善节点核心区破坏形态;装配式节点承载力比现浇节点有显著提高,但装配式节点的延性比现浇节点稍差;装配式节点的核心区箍筋达到屈服强度,连接杆能够充分发挥作用,装配式混凝土节点的受力性能优于整体现浇混凝土节点.运用ABAQUS对各节点试件进行有限元模拟,分析轴压比、钢筋钢板强度等级等因素对装配式高强钢筋混凝土节点受力性能的影响.钢板强度等级对节点受力性能影响较大.有限元分析结果与试验结果吻合良好,建立的模型能够用于模拟装配式混凝土节点的抗震性能.     

基于扩展有限元法的RC剪力墙抗震性能模拟

采用基于ABAQUS的扩展有限元方法对RC剪力墙的拟静力试验进行模拟,将模拟所得的开裂破坏过程、滞回曲线、滞回环和骨架曲线与试验结果进行对比,并分析开裂混凝土单元的力学反应,结果表明模拟所得的构件开裂过程和破坏形式,以及试件承载能力、刚度退化、位移延性等性能与试验结果吻合较好,证明了模拟方法的可行性。借助这种方法,进一步探究了轴压比和剪跨比等影响因素对剪力墙抗震性能的影响,结果表明:随轴压比增大,剪力墙承载力增大,极限位移减小;剪跨比减小时,剪力墙承载力有所增加,而极限位移减小。以上模拟结果均与试验结论一致。     

方钢管混凝土柱-型钢梁节点断裂分析及延性节点研究

运用结构钢椭球面屈服模型和椭球面断裂模型,对梁柱节点试验进行了数值模拟分析,得出了等效考虑焊接残余应力和焊接缺陷的对接焊缝断裂因子CI的修正系数k。对方钢管混凝土柱-型钢梁节点进行了基于椭球面强度模型的数值模拟和断裂分析,结果显示:柱对梁的强约束使对接焊缝处应力集中严重,该处的等效应力和平均应力幅值均较高,当对接焊缝应力场函数达到建议的椭球面断裂准则临界值时,该处发生断裂。以结构钢椭球面断裂模型为评判依据,提出了降低对接焊缝等效应力和平均应力幅值(即提高节点延性)的构造建议。     

应变率对全焊节点影响的试验和数值分析

对2个梁柱焊接节点的足尺试件进行动力试验。为了模拟试件的非线性动力性能,用纤维梁单元模拟梁、柱,用非线性旋转弹簧模拟焊接节点。对每一纤维,均采用Perzyna准则考虑应变率对梁、柱性能的影响。通过改进Richard静力模型模拟动力性能,考虑应变率对焊接节点的影响。Krawin-kler-Zoheri模型是标准累积塑性应变的函数,可根据应变率影响量化损伤和退化性能。将有限元分析软件DRAIN-2DX升级,建立模型并进行数值分析。与试验结果比较可知,考虑应变率影响和损伤累积的数值模拟能很好预测结构动力性能,甚至能预测焊接节点的破坏模式。     

梁端翼缘扩翼型节点抗震性能分析

针对梁端翼缘扩翼型节点抗震性能,在试验研究基础上通过建立有限元分析模型衍生设计了2组16个试件,采用Ansys有限元分析方法深入探讨了梁端翼缘扩翼型节点的扩大宽度、扩大长度等参数对节点极限荷载、延性性能等抗震性能影响。根据试验及有限元模拟的试件破坏结果,对容易导致节点断裂发生的薄弱环节的开裂可能性进行了评估,通过引入等效塑性应变指数,从理论上分析了梁端翼缘扩翼型节点的断裂机理。介绍了梁端翼缘扩翼型节点扩翼参数的设计方法。