馬 輝

(濱州學(xué)院，山東 濱州 256600)

1 概述

鋼框架梁柱剛性連接一直被認(rèn)為具有良好的抗震性能，能形成塑性鉸保證節(jié)點(diǎn)有足夠的延性，避免結(jié)構(gòu)整體破壞［1，2］，但是經(jīng)過(guò)美國(guó)及日本的地震發(fā)現(xiàn)，在梁柱節(jié)點(diǎn)處，產(chǎn)生很多細(xì)小的裂紋，甚至是柱截面的斷裂破壞［3-5］，因此，研究節(jié)點(diǎn)的抗震性能對(duì)于改善鋼框架結(jié)構(gòu)的延性、防止發(fā)生節(jié)點(diǎn)脆性破壞、提高結(jié)構(gòu)的抗震能力有著重要的意義［6］。

本文以青島理工大學(xué)高鵬，王燕完成的鋼框架梁端翼緣側(cè)板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)受力性能的試驗(yàn)［7］為基礎(chǔ)，建立ANSYS模型，對(duì)模型進(jìn)行有限元計(jì)算，與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。

2 有限元模型與試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 有限元模型

青島理工大學(xué)高鵬，王燕完成的鋼框架梁端翼緣側(cè)板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)受力性能的試驗(yàn)［7］中所采用試件尺寸參數(shù)見(jiàn)表1。節(jié)點(diǎn)示意圖如圖1所示。ANSYS建立非線(xiàn)性有限元模型與上述試驗(yàn)中試件尺寸參數(shù)完全相同。

表1 試件尺寸參數(shù)

2.2 破壞形態(tài)對(duì)比

如圖2所示，由ANSYS分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知，ANSYS模型試件與試驗(yàn)試件破壞形態(tài)大體相同，距加強(qiáng)板端部的梁上翼緣塑性鉸處出現(xiàn)凸起現(xiàn)象;梁上下翼緣和腹板交接的塑性鉸處有應(yīng)力集中現(xiàn)象。由此可知各試件的塑性鉸都有不同程度的外移，驗(yàn)證了有限元軟件分析的準(zhǔn)確性與可靠性。

圖1 節(jié)點(diǎn)示意圖

圖2 有限元分析與試驗(yàn)對(duì)比

2.3 滯回曲線(xiàn)

有限元模型及實(shí)驗(yàn)試件滯回曲線(xiàn)如圖3所示。

圖3 滯回曲線(xiàn)

可以看到有限元模型與實(shí)驗(yàn)試件的滯回曲線(xiàn)比較吻合，都很飽滿(mǎn)，說(shuō)明有限元模擬與實(shí)際較為符合，但當(dāng)材料進(jìn)入塑性狀態(tài)后，實(shí)驗(yàn)試件的滯回曲線(xiàn)下降更加迅速，剛度退化較快。

2.4 分析結(jié)果對(duì)比

SPS-1，SPS-2分析結(jié)果對(duì)比如表2所示。

表2 SPS-1，SPS-2分析結(jié)果對(duì)比

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn):ANSYS模擬的延性系數(shù)、屈服荷載、極限荷載等值都比實(shí)驗(yàn)值偏大，這是由于ANSYS軟件沒(méi)有模擬焊接殘余應(yīng)力、初始偏心、鋼材的材質(zhì)不均勻等因素。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)ANSYS軟件的有限元計(jì)算與試驗(yàn)對(duì)比分析，得到如下結(jié)論。

1)試驗(yàn)試件與ANSYS模擬試件的破壞形態(tài)大體形態(tài)，塑性鉸出現(xiàn)部位相同，驗(yàn)證了有限元軟件分析的準(zhǔn)確性與可靠性。

2)可以看到有限元模型與實(shí)驗(yàn)試件的滯回曲線(xiàn)比較吻合，都很飽滿(mǎn)，說(shuō)明有限元模擬與實(shí)際較為符合，但當(dāng)材料進(jìn)入塑性狀態(tài)后，實(shí)驗(yàn)的滯回曲線(xiàn)下降更加迅速，剛度退化較快。

3)由于ANSYS軟件沒(méi)有模擬焊接殘余應(yīng)力、初始偏心、鋼材的材質(zhì)不均勻等因素，得到的延性系數(shù)、屈服荷載、極限荷載等值都比實(shí)驗(yàn)值偏大。

［1］豐定國(guó).工程結(jié)構(gòu)抗震［M］.北京:地震出版社，2002.

［2］劉洪波，謝禮立，邵永松.框架結(jié)構(gòu)的震害及其原因［J］.世界地震工程，2006，22(4):44-51.

［3］Nakashima M，Inoue K，Tada M.Classification of damage to steel building observed in the 1995 hyogoken-nanbu earthquake［J］.Engineering Structures，1998，20(4):271-281.

［4］AISC.SPSecial task committee on the northridge earthquake［J］.American Institute of Steel Construction，Chicago，1994(15):7-9.

［5］William E Gates，Manuel Modern.Professional structural engineering experience related to welded steel moment frames following the northridge earthquake［J］.Engineering Structures，1998，20(4-6):249-260.

［6］多層鋼框架梁柱連接節(jié)點(diǎn)抗震性能研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2004.

［7］高 鵬.鋼框架梁端翼緣側(cè)板加強(qiáng)式和擴(kuò)翼式節(jié)點(diǎn)受力性能的試驗(yàn)研究［D］.青島:青島理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.