黃俊飛

(西南交通大學(xué)，四川成都 610031))

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)由于其輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)在各類(lèi)建筑結(jié)構(gòu)中廣泛使用。鋼結(jié)構(gòu)中梁柱連接節(jié)點(diǎn)形式眾多，其中T型鋼連接半剛性節(jié)點(diǎn)將梁柱通過(guò)T型連接件和螺栓連接起來(lái)，便于加工安裝，且避免了焊接帶來(lái)的殘余應(yīng)力等不利影響，具有很好的應(yīng)用前景。

鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)區(qū)域往往受力復(fù)雜，需要保證節(jié)點(diǎn)具有良好的變形能力和承載能力。目前研究T型鋼連接半剛性節(jié)點(diǎn)的承載能力和抗震性能的方法主要有試驗(yàn)方法，數(shù)值方法。Popov[1]等通過(guò)對(duì)T型鋼連接半剛性節(jié)點(diǎn)進(jìn)行低周往復(fù)加載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)加載后期T型連接件翼緣屈服與柱分離，節(jié)點(diǎn)具有良好的耗能能力。Latour[2]等分析得出T型鋼連接節(jié)點(diǎn)比焊縫連接節(jié)點(diǎn)等其他傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)耗能性能強(qiáng)，同時(shí)提出了T型鋼連接節(jié)點(diǎn)在往復(fù)荷載下的受力性能理論模型。戴紹斌[3]等通過(guò)擬靜力試驗(yàn)研究T型鋼連接節(jié)點(diǎn)，提出T型件翼緣剛度不同對(duì)延性影響較大。鄭小偉[4]對(duì)T型鋼連接節(jié)點(diǎn)施加低周往復(fù)荷載，分析了各試件的破壞特征和破壞機(jī)理，并探討了影響節(jié)點(diǎn)滯回性能的決定因素，典型破壞模式為T(mén)型鋼翼緣破壞，T型鋼尺寸對(duì)節(jié)點(diǎn)性能影響較大。

本文利用有限元軟件ADINA，選用雙線(xiàn)性隨動(dòng)強(qiáng)化材料模型，建立了有限元模型，改變T型鋼連接件翼緣的厚度，建立了不同模型，研究了T型鋼連接件翼緣厚度對(duì)節(jié)點(diǎn)破壞形態(tài)和承載力的影響。

1 試驗(yàn)簡(jiǎn)介

圖1展示了試件安裝及加載裝置[5]。通過(guò)T型鋼連接件及高強(qiáng)螺栓將梁柱連接起來(lái)，試件BASE尺寸如圖2所示，梁柱及T型鋼均采用Q235鋼材，螺栓為10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓。試件柱腳用高強(qiáng)螺栓連接到置有壓梁的鋼梁上，壓梁固定在場(chǎng)地地溝槽中。柱頂由WY30B-V高精度液壓穩(wěn)壓器控制的油壓千斤頂提供豎向荷載，控制柱軸壓比為0.3。梁端設(shè)置作動(dòng)器，施加豎向荷載。

圖1 試件安裝及加載裝置[5]

圖2 試件BASE尺寸(單位：mm)[5]

2 計(jì)算模型

ADINA軟件具有強(qiáng)大的非線(xiàn)性問(wèn)題解決能力，受到廣大用戶(hù)的推崇。本文采用ADINA軟件建立T型鋼連接半剛性節(jié)點(diǎn)模型，進(jìn)行求解分析。

2.1 材料本構(gòu)

Q235鋼材本構(gòu)采用雙線(xiàn)性隨動(dòng)強(qiáng)化塑性材料模型(圖3)，材料力學(xué)性能參數(shù)如表1所示。

表1 鋼材力學(xué)性能

圖3 有限元分析模型

2.2 計(jì)算單元及接觸設(shè)置

梁柱及T型鋼用4節(jié)點(diǎn)Shell單元模擬，網(wǎng)格尺寸控制為15 mm，螺栓孔位置附近受力復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格加密處理。劃分網(wǎng)格后有6 624個(gè)Shell單元。T型鋼連接件翼緣和柱翼緣，T型鋼連接件腹板和梁腹板之間設(shè)置面面接觸，摩擦系數(shù)取0.4。

2.3 邊界條件及加載制度

根據(jù)試驗(yàn)情況，試件柱底邊界條件設(shè)置為全約束，柱頂釋放轉(zhuǎn)動(dòng)約束和柱壓力方向平動(dòng)約束。將梁端節(jié)點(diǎn)，柱頂節(jié)點(diǎn)分別通過(guò)剛性連接耦合到一點(diǎn)，柱壓力在柱頂以集中力形式施加在耦合點(diǎn)，同樣梁端位移施加在耦合點(diǎn)。這樣，柱頂集中力荷載相當(dāng)于均勻面荷載，梁端側(cè)面各節(jié)點(diǎn)亦具有相同的位移荷載。

2.4 計(jì)算參數(shù)取值

表2中給出了用于節(jié)點(diǎn)承載力參數(shù)分析的參數(shù)取值，主要分析T型鋼翼緣厚度t的影響，這些取值均參考了一些實(shí)際的工程設(shè)計(jì)，b1為T(mén)型鋼腹板厚度。

表2 主要參數(shù)分析取值 mm

3 結(jié)果分析

3.1 破壞形態(tài)

梁端施加向上的位移荷載，下T型鋼連接件翼緣及腹板受拉，塑性應(yīng)變主要在螺栓孔周?chē)耙砭壐拱褰唤缣帲拱逵忻黠@彎曲變形，連接件與柱翼緣脫開(kāi)(圖4)。

圖4 T型鋼連接件應(yīng)變?cè)?/p>

3.1 T型鋼翼緣厚度

改變T型板翼緣厚度，梁端節(jié)點(diǎn)力-位移曲線(xiàn)如圖5所示。不同T型板翼緣厚度，力-位移曲線(xiàn)的總體趨勢(shì)是一致的，隨著位移荷載的增大，節(jié)點(diǎn)反力先增大，后趨于平穩(wěn)。

圖5 梁端節(jié)點(diǎn)力-位移曲線(xiàn)

從圖6可以看出，隨著T型板翼緣厚度從8 mm，增加為12 mm、15 mm、20 mm，節(jié)點(diǎn)極限承載力不斷增加，依次為65.60 kN、89.91 kN、124.75 kN、144.39 kN，增幅分別為37.06 %、38.75 %、15.74 %。T型板翼緣厚度的增加，對(duì)節(jié)點(diǎn)極限承載力的影響較大，但翼緣厚度從15 mm增加到20mm時(shí)，極限承載力增加幅度降低，翼緣材料強(qiáng)度得不到充分利用。因此，T型板翼緣厚度應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，厚度太小會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)承載力不夠，厚度過(guò)大會(huì)浪費(fèi)材料。

圖6 T型板翼緣厚度對(duì)極限承載力影響

4 結(jié)論

(1)T型板連接件翼緣厚度對(duì)節(jié)點(diǎn)極限承載力有明顯影響，腹板破壞有明顯彎曲變形。

(2)翼緣厚度增加，節(jié)點(diǎn)極限承載力增大，但翼緣厚度超過(guò)柱翼緣厚度時(shí)，承載力增幅降低。