加載方式對(duì)方鋼管柱-H型鋼梁節(jié)點(diǎn)受力性能影響

(1.青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院 山東 青島 266033；2.費(fèi)縣行政審批服務(wù)局 山東 臨沂 273400)

一、引言

在鋼結(jié)構(gòu)中，梁與柱通過節(jié)點(diǎn)連接在一起，在整體結(jié)構(gòu)中起到重要作用[1]，因此節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)會(huì)直接影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能。在梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)中，依據(jù)是否考慮P-Δ效應(yīng)可以分為柱端加載及梁端加載兩種加載方式[2],如圖1所示。運(yùn)用ABAQUS有限元分析軟件建立一個(gè)方鋼管柱-H型鋼梁節(jié)點(diǎn)模型，探討不同加載方式對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能方面的影響。

圖1 加載方式

二、結(jié)果分析

(一)破壞模態(tài)對(duì)比

柱端加載模型與梁端加載模型經(jīng)過模擬計(jì)算后，兩者的破壞應(yīng)力云如圖2所示。由圖1可以看出，節(jié)點(diǎn)模型在柱端加載和梁端加載兩種加載形式下，兩者的最終破壞模態(tài)基本一致。

圖2 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)破壞對(duì)比圖

(二)滯回曲線和骨架曲線對(duì)比

圖3、4為兩種不同加載方式下有限元模型滯回曲線和骨架曲線對(duì)比圖。從圖3中可以看出，柱端加載方式與梁端加載方式相對(duì)比，兩者的滯回曲線基本重合均呈飽滿的“梭形”且加載后期有明顯的下降段。從圖4可以看出，兩種加載方式的骨架曲線基本一致均呈“S型”且有明顯的屈服點(diǎn)。通過計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果可以表明該節(jié)點(diǎn)有限元模型的受力性能與加載方式無關(guān)。

圖3 兩種加載方式滯回曲線

圖4 兩種加載方式骨架曲線

(三)加載方式分析

采用梁端加載能較為方便的施加柱端軸力并且能確保所有梁同時(shí)受力；但與柱端加載相比，無法反映柱軸力P產(chǎn)生的P-△二階效應(yīng)。天津大學(xué)的白晶晶[3]研究指出：對(duì)于必須考慮荷載位移效應(yīng)的試驗(yàn)，如主要以柱端塑性鉸為研究對(duì)象時(shí)，應(yīng)采用柱端加載方案；對(duì)于梁端塑性鉸或核心區(qū)為主要研究對(duì)象時(shí)，可采用梁端反對(duì)稱加載方案。

在進(jìn)行梁端加載時(shí)，梁體的變形能力和節(jié)點(diǎn)域的剪切變形是影響梁端極限位移的主要原因，梁體變形與節(jié)點(diǎn)域剪切變形是影響結(jié)構(gòu)耗能能力的主要原因。而柱端加載時(shí)，影響柱端極限位移的因素除了以上兩種因素外，還包括柱體本身的彎曲變形。由此可以推論，由于本有限元節(jié)點(diǎn)模型最終發(fā)生的是梁端塑性鉸破壞，且在整個(gè)過程中方鋼管柱的應(yīng)力值沒有出現(xiàn)過大的數(shù)值且沒有明顯的應(yīng)力集中，故兩種加載方式的結(jié)果趨于一致。

三、結(jié)論

當(dāng)節(jié)點(diǎn)的破壞形式?jīng)]有發(fā)生在柱端且柱子具有足夠的剛度和強(qiáng)度時(shí)，節(jié)點(diǎn)的柱端加載和梁端加載兩種加載方式對(duì)結(jié)果的影響較小，相對(duì)整個(gè)結(jié)果來說可以忽略。