節(jié)點域厚度對DTR節(jié)點的耗能能力的研究

劉丹丹，董錦坤，秦鵬亮

（1.遼寧工業(yè)大學 土木建筑工程學院，遼寧 錦州 121001；2.平頂山市公路交通勘察設(shè)計院，河南 平頂山 467000）

在鋼結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點中，梁柱連接處的柱兩側(cè)翼緣及柱中橫向加筋肋所包圍的柱腹板區(qū)域稱為節(jié)點域，本文中節(jié)點域厚度是指柱腹板厚度。在荷載作用下，柱子產(chǎn)生的軸向力、梁翼緣端部帶來的彎矩和梁腹板傳遞的剪力都集中作用在該區(qū)域[1]，使其成為節(jié)點受力狀態(tài)最復(fù)雜的區(qū)域。因其在節(jié)點的核心部位，節(jié)點域?qū)?jié)點的受力性能有著至關(guān)重要的作用。

本文以節(jié)點域厚度作為唯一變量，利用ABAQUS 軟件建立多組有限元模型，并進行低周往復(fù)循環(huán)位移加載下的有限元模擬試驗。研究探討節(jié)?點域厚度對節(jié)點耗能能力的影響。

1 節(jié)點情況

本文鋼材采用Q345；鋼梁選用HN 200×100×6×8；箱形柱選用250×250×8；翼緣削弱尺寸a=55 mm、b=140 mm、c=20 mm。

關(guān)于節(jié)點域厚度，參照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2010)和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50017—2003)，以節(jié)點域作為研究對象，確立唯一變量節(jié)點域厚度為4、6、8、10、12 mm。

2 模型建立

本文建立有限元模型時的相關(guān)參數(shù)設(shè)定如下：通過設(shè)置分析步、網(wǎng)格劃分、定義約束、邊界約束和荷載，獲得試件模型，如圖1所示，加載方案如圖2所示。

圖1 試件模型

圖2 加載方案

3 結(jié)果分析

建立5 組有限元模型DTR-4、DTR-6、DTR-8、DTR-10、DTR-12，節(jié)點域厚度分別為4、6、8、10、12 mm。

3.1 滯回曲線分析

本節(jié)使用滯回曲線分析了DTN-4、DTN-6、DTN-8、DTN-10 和DTN-12 這5 個試件的梁端反力-位移，得到了節(jié)點域厚度的變化對節(jié)點抗震耗能能力及剛度退化等方面的影響，如圖3 所示。

圖3 滯回曲線

5 組試件節(jié)點的滯回曲線隨著節(jié)點域腹板厚度增加變化不大，5 個模型試件的滯回曲線形狀都不飽滿，呈干扁的梭形，滯回曲線包絡(luò)面積相對較小，耗能能力較弱。隨著節(jié)點域腹板厚度增加，節(jié)點的極限荷載先減小后增大，但變化幅度很??；隨著節(jié)點域腹板厚度增加，節(jié)點的剛度退化現(xiàn)象會逐漸減小。

3.2 耗能能力分析

評價結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抗震性能的重要標準之一為耗能能力，當結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在抵抗地震作用時，能夠有效地吸收或耗散地震輸入的能量，使結(jié)構(gòu)在地震作用中減輕損傷。而一般評價耗能能力強弱的指標用等效粘滯阻尼系數(shù)he來評價，he越大，節(jié)點耗能能力越強。等效粘滯阻尼系數(shù)的確定方法見公式(1)～(3)及圖4。

圖4 等效粘滯阻尼系數(shù)公式計算

本節(jié)對隔板貫通式箱形柱與H 型鋼梁翼緣削弱型節(jié)點的5 組試件DTR-4、DTR-6、DTR-8、DTR-10、DTR-12 進行耗能能力分析。根據(jù)公式(1)中方法分別計算5 個試件的等效粘滯阻尼系數(shù)，結(jié)果如表1 所示。

表1 等效粘滯阻尼系數(shù)求解結(jié)果

由表1 的數(shù)據(jù)可得到DTR 節(jié)點的節(jié)點厚度與等效粘滯阻尼系數(shù)的關(guān)系圖。

如表1 和圖5 可知，DTR 節(jié)點的抗震耗能能力受節(jié)點域厚度影響。當節(jié)點域厚度較小時，節(jié)點有很好的抗震耗能能力，當節(jié)點域厚度稍稍增加，節(jié)點的抗震耗能能力下降很快，隨后又開始小幅上升，且上升到某一水平時，基本不再隨著節(jié)點域厚度的增加而變化。

圖5 節(jié)點域厚度與等效粘滯阻尼系數(shù)關(guān)系

4 結(jié)論

通過以上對比分析得出以下結(jié)論。

(1)節(jié)點域越薄，節(jié)點的耗能能力越強，滯回曲線越飽滿。節(jié)點域越厚，節(jié)點的耗能能力越差，滯回曲線越扁長，越易出現(xiàn)捏攏現(xiàn)象。

(2)節(jié)點域厚度越薄，節(jié)點的耗能能力越強；反之，節(jié)點域厚度越厚，節(jié)點的耗能能力越差，但耗能并不隨著節(jié)點域厚度的增大無限下降，而是最終區(qū)域穩(wěn)定。