基于微观断裂机制的T型圆钢管相贯节点性能研究

作     者：张翰阳 

作者单位：河北工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孟文清;尹越

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：T型圆钢管相贯节点 韧性断裂 实体焊缝 微观断裂判据 裂纹扩展 超低周疲劳 有限元 

摘      要：地震中钢结构的韧性断裂已经被证实为一种常见破坏模式,具有极大的危险性。圆钢管相贯节点由于其出色的性能被广泛应用于大跨空间结构之中,其中T型节点又是其中最基础应用最广的类型之一。在地震时,钢管结构的韧性断裂往往发生在节点区域,而在目前的研究阶段,对于节点断裂预测的方面还未有比较公认的研究方法。现有的研究多集中于梁柱节点,采用的方法是以断裂力学为基础的宏观断裂理论为主,但是这种方法需遵循初始裂纹假定,仅适用于屈服程度有限的脆性断裂问题,不适用于大范围屈服无初始裂纹的韧性断裂问题。因此本文引入了更适用于相贯节点韧性断裂预测的微观断裂方法。本文首先介绍了在有限元中T型圆管相贯节点相贯线实体焊缝模型的建立方法,系统的解释了有限元中外部孤立网格应用子模型技术的原理,并对单元类型选取的原则进行了讨论;在此基础上采用有限元软件ABAQUS,通过VGM模型对不同尺寸的六组T型圆钢管相贯节点的极限承载力进行预测,并结合有限元计算结果与规范数值,分析影响节点极限承载力的参数因素;然后,采用CVGM模型对现有试验中超低周疲劳荷载作用下两组T型圆钢管相贯节点的开裂性能进行预测。并采用子程序模块VUSDFLD结合微观断裂判据的裂纹扩展模型进一步对裂纹扩展过程中的节点承载力性能进行分析。研究结果表明:（1）考虑相贯线实体焊缝的有限元模型可以通过精确建模,用以模拟实际节点的受力状态;（2）VGM模型可以很好的预测T型圆钢管相贯节点的断裂位置、时间以及极限承载力,与规范计算得到数值接近;（3）CVGM模型可以较为准确地得到T型圆钢管相贯节点的开裂时刻,但裂纹出现的时刻并不能代表节点失去承载力的时刻,裂纹出现的时刻早于节点破坏的时刻。而利用ABAQUS子程序VUSDFLD结合微观断裂判据的扩展模型可以对节点开裂后的性能进行较好地模拟,得到更为准确的结果,为研究断裂对于节点抗震性能的影响提供新的方法。