T型焊接方鋼管節點在軸向循環荷載作用下滯回性能的有限元分析

摘要:為了研究焊接T型方鋼管節點的滯回性能，從而進一步為研究方鋼結構的抗震性能打下基礎，對軸向往復荷載作用下T型方鋼管節點進行了有限元建模和分析。通過有限元分析結果發現:焊接方鋼管節點的滯回曲線較為飽滿，表明該節點在承受地震等強動力荷載作用下具有較好的耗能性。

關鍵詞:T型方鋼管節點滯回性能有限元分析耗能性

中圖分類號:TU7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0129-02

1 引言

焊接鋼管結構今年來在工程中的應用得到迅速發展，其應用范圍包括房屋建筑、橋梁、體育場和塔桅結構等。在這些結構中，節點部位是鋼管結構的關鍵部位，在設計中尤其要引起注意。我國鋼結構規范中對管節點的靜力設計提供了相應的計算公式，但是對節點的抗震性能則研究相對較少。近幾年全球地震頻發，我國是一個多震國家，處于地震區的結構都可能受到地震荷載的作用。從08年四川汶川地震到10年海地地震再到玉樹地震，我們可以看到震后建筑物、構筑物遭重創，或是嚴重傾斜，搖搖欲墜，大部分坍塌，導致一片廢墟景觀。國內外地震頻發，使得結構的抗震性能越來越受到重視。

由于管節點是鋼管結構在地震作用下破壞發生的主要部位，只有了解其在低周期往復荷載作用下的滯回性能才能正確評價管結構的抗震能力，因而近年來得到國內外學者的關注，因此本文對焊接方鋼管節點進行了軸向往復荷載作用下的有限元，以作為進一步研究方鋼管結構抗震性能的基礎。

2 焊接方鋼管節點的有限元模型

對于一個典型的矩形鋼管節點，其幾何構造如圖1所示，其中各個參數的幾何意義如下:

b0-主管寬度;b1-支管寬度;h0-主管高度;h1-支管高度;t0-主管厚度;t1-支管厚度;l0-主管長度;l1-支管長度;當主管和支管的寬度和高度相同時，即為方鋼管節點，這里統一用b0和b1表示主管和支管的寬度。

對往復荷載下的非線性分析，鋼管節點運用ANSYS中提供的雙線性隨動強化模型，彈性模量、屈服強度及切線模量采用Q235鋼材的數據，以及Mises屈服準則和隨動強化準則，以兩條直線段描述材料的應力-應變關系。

本文中模型使用了3D實體單元(20節點單元)。網格控制是對幾何圖素邊界劃分網格的大小和數目進行設置，以得到理想的網格。網格的疏密對結構的好壞影響很大，合理的網格密度是經濟性和結果良好性的統一。在交匯處附近區域對單元進行細分，而在距節點較遠的主管和支管上，應力分布比較均勻，應力值較小，為節省計算容量和時間，采用較大單元劃分。在此之間，單元粗細采用了均勻過度，一個典型的方鋼管T節點的有限元網格如圖2所示。

3 T節點滯回性能有限元結果

在T節點滯回性能的有限元分析中，主管兩端施加鉸接條件，在支管端部施加逐漸增加的往返軸向位移。支管端部位移值所對應施加的荷載大小可以通過支管端部所有節點軸向反力之和得到。在滯回分析中，支管端部施加的位移大小如圖3所示。

對于承受圖3所示的一個典型T型方鋼管節點進行了有限元分析。該節點的幾何尺寸為:b0=160mm，b1=100mm，t0=4mm，t1=4mm，l0=2000mm，l1=400mm。在圖3所示的循環荷載作用下，T節點滯回曲線如圖4所示。從圖4中可以看出:對于承受軸向反復荷載作用下的焊接方鋼管節點，其滯回曲線整體形狀飽滿，無捏攏現象，說明節點在破壞前可以消耗較多的外部能量，整體抗震性能優越。

4 結語

通過對焊接T型方鋼管節點滯回性能的有限元分析，發現其滯回曲線飽滿，耗能性好，利于抗震。

參考文獻

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