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1、基于微觀斷裂機(jī)制的節(jié)點(diǎn)板性能研究StudyonPerformanceofGussetPlatesBasedonMicromechanicalFractureMechanism學(xué)科專(zhuān)業(yè)：土木工程作者姓名：鄭力指導(dǎo)教師：尹越副教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一七年十二月摘要節(jié)點(diǎn)板作為鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接的關(guān)鍵部件，其受力性能影響到整體結(jié)構(gòu)的安全性。在單調(diào)荷載和地震作用下，節(jié)點(diǎn)板均有可能發(fā)生延性斷裂，對(duì)節(jié)點(diǎn)板斷裂性能的研究具有較大的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。本文將微觀斷裂模型與有限元分析相結(jié)合預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)板的延性斷裂行為。建立鋼管節(jié)點(diǎn)板模型，預(yù)測(cè)了節(jié)點(diǎn)的開(kāi)裂位置和極限承載力，模擬了鋼管節(jié)
2、點(diǎn)板的裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展全過(guò)程，研究了循環(huán)荷載下鋼管節(jié)點(diǎn)板的損傷累積規(guī)律；對(duì)多層鋼結(jié)構(gòu)中支撐連接節(jié)點(diǎn)板的耗能性能進(jìn)行研究，給出節(jié)點(diǎn)板尺寸的建議值，通過(guò)微觀斷裂判據(jù)預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)板在循環(huán)荷載下的超低周疲勞壽命，討論了不同因素對(duì)節(jié)點(diǎn)板疲勞壽命的影響，研究結(jié)果表明：（1）微觀斷裂機(jī)制模型VGM和SMCS能夠較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)鋼管節(jié)點(diǎn)板在彎矩下的斷裂行為，計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)開(kāi)裂位置和開(kāi)裂承載力與已有試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。（2）有限元軟件ABAQUS中的VUSDFLD子程序模塊與VGM判據(jù)結(jié)合能夠模擬節(jié)點(diǎn)的開(kāi)裂和擴(kuò)展過(guò)程。在有限元子程序斷裂分析中，采用建議的網(wǎng)格尺寸，能夠保證計(jì)算精度，節(jié)約計(jì)算成本。
3、（3）循環(huán)荷載下，增加鋼管節(jié)點(diǎn)板厚度能夠提高節(jié)點(diǎn)的超低周疲勞和滯回性能；累積損傷D在常幅往復(fù)下呈非線性增加，基于常幅循環(huán)荷載下的損傷累t積規(guī)律能夠較好的預(yù)測(cè)變幅循環(huán)荷載下節(jié)點(diǎn)的超低周疲勞壽命。（4）框架結(jié)構(gòu)中，采用支撐連接節(jié)點(diǎn)板受壓屈曲的設(shè)計(jì)能充分利用節(jié)點(diǎn)板屈曲后強(qiáng)度，提高節(jié)點(diǎn)的滯回性能。初始缺陷大小對(duì)節(jié)點(diǎn)板的受壓屈曲后強(qiáng)度影響不大，節(jié)點(diǎn)板厚度對(duì)節(jié)點(diǎn)板的開(kāi)裂位置和疲勞壽命影響較大。（5）采用環(huán)繞焊構(gòu)造措施以及設(shè)置加勁肋均能提高支撐連接節(jié)點(diǎn)板的超低周疲勞壽命，提出的加勁肋尺寸設(shè)計(jì)建議能夠保證節(jié)點(diǎn)板力學(xué)性能，同時(shí)節(jié)約鋼材用量。關(guān)鍵詞：節(jié)點(diǎn)板，延性斷裂，裂紋擴(kuò)展，超低周疲
4、勞，滯回性能IABSTRACTGussetplateisthekeypartofsteelgussetplatejoints,whosemechanicalpropertyaffectthesafetyofthewholestructure.Ductilefractureofgussetplatesmayoccurundermonotonicloadingandseismicloadaction.So,theresearchonductilefractureofgussetplatehasgreattheoreticalsignificanceandengineer
5、ingpracticalvalue.Inthispaper,micromechanicalfracturemodelsandthefiniteelementanalysiswerecombinedinthepredictionoftheductilefractureofgussetplates.Finiteelementmodelsweresetupforsteeltubulargussetplatestopredictthefracturepositionandtheultimateloadbearingcapacityofthejoints.Thegenerat
6、ionandpropagationoffractureweresimulatedbyfiniteelementanalysis.Theruleofdamageaccumulationofsteeltubulargussetplatesundercyclicloadingwasinvestigated.Theenergydissipationcapacityofgussetplatesofthebracewasstudiedformulti-storysteelstructuresandthereasonablesizeofgussetplateswasadvised
7、.Theultra-lowcyclefatiguelifeofgussetplatesundercyclicloadingwerepredictedbymicromechanicalfracturemodels.Theinfluenceofdifferentparametersonthefatiguelifeofgussetplatewasdiscussed.Theresultsshowedthat:(1)Micromechanicalfracturemodels,VGMandSMCS,cangiveaccuratepredictionoftheductilef
