隔板贯通式梁柱节点焊接残余应力及其对延性断裂影响研究

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为避免钢结构梁柱节点的脆性破坏,国内外在选择合适强度及韧性的焊缝材料、改进焊接工艺、提高施工质量及选用延性节点等方面下了功夫。这些措施的确不同程度地提高了钢结构梁柱节点的抗震性能和塑性变形能力。但这样的节点在强震作用下,钢材会产生较大的累积塑性变形,一些细观裂纹或微小缺陷在变形的驱动下扩展,也会导致节点出现开裂现象。为提高延性断裂行为预测的准确性,本文借助已有钢结构隔板贯通式梁柱节点拟静力试验,利用ABAQUS软件先后进行焊接模拟和拟静力有限元分析,在完成焊接残余应力场和应变场分析的基础上,对钢结构隔板贯通式梁柱节点施加循环往复荷载,运用微观机制中的循环空穴扩张模型(CVGM)对节点进行延性断裂行为预测。主要工作和结论如下:1.参照已有试验,建立ABAQUS焊接有限元模型,根据焊接顺序、热源模型及焊接热参数等,调用DFLUX热源子程序求解模型的焊接温度场,并采用顺序耦合的方法,求解出模型的焊接应力、应变场。焊接残余应力分析结果表明,较大焊接残余应力基本都集中在对接焊缝和角焊缝所在区域,且焊缝两端的应力要高于中间区域的应力,可能会成为后续加载中出现开裂的诱因。2.节点拟静力分析中,调用UMAT材料模型扩展子程序对节点模型中的单元进行开裂判据计算,预测结果显示考虑焊接残余应力的开裂判断结果与试验结果更贴近。由于引入初始焊接残余应力场,施加焊接残余应力模型的应力及等效塑性应变值较无焊接残余应力模型更大,较大应力分布区更为集中。3.断裂指数RI值计算表明:有焊接残余应力模型上的RI值要大于无焊接残余应力模型,且对于有焊接残余应力模型来说,失效单元附近区域的RI值要稍大于周边的单元。在梁与柱的对接焊缝上,各路径上中间区域的RI值均小于两端区域。更进一步说明失效单元位置预测的有效性。
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