节点域厚度对DTR节点的耗能能力的研究

刘丹丹，董锦坤，秦鹏亮

（1.辽宁工业大学 土木建筑工程学院，辽宁 锦州 121001；2.平顶山市公路交通勘察设计院，河南 平顶山 467000）

在钢结构的梁柱节点中，梁柱连接处的柱两侧翼缘及柱中横向加筋肋所包围的柱腹板区域称为节点域，本文中节点域厚度是指柱腹板厚度。在荷载作用下，柱子产生的轴向力、梁翼缘端部带来的弯矩和梁腹板传递的剪力都集中作用在该区域[1]，使其成为节点受力状态最复杂的区域。因其在节点的核心部位，节点域对节点的受力性能有着至关重要的作用。

本文以节点域厚度作为唯一变量，利用ABAQUS 软件建立多组有限元模型，并进行低周往复循环位移加载下的有限元模拟试验。研究探讨节?点域厚度对节点耗能能力的影响。

1 节点情况

本文钢材采用Q345；钢梁选用HN 200×100×6×8；箱形柱选用250×250×8；翼缘削弱尺寸a=55 mm、b=140 mm、c=20 mm。

关于节点域厚度，参照《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)和《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)，以节点域作为研究对象，确立唯一变量节点域厚度为4、6、8、10、12 mm。

2 模型建立

本文建立有限元模型时的相关参数设定如下：通过设置分析步、网格划分、定义约束、边界约束和荷载，获得试件模型，如图1所示，加载方案如图2所示。

图1 试件模型

图2 加载方案

3 结果分析

建立5 组有限元模型DTR-4、DTR-6、DTR-8、DTR-10、DTR-12，节点域厚度分别为4、6、8、10、12 mm。

3.1 滞回曲线分析

本节使用滞回曲线分析了DTN-4、DTN-6、DTN-8、DTN-10 和DTN-12 这5 个试件的梁端反力-位移，得到了节点域厚度的变化对节点抗震耗能能力及刚度退化等方面的影响，如图3 所示。

图3 滞回曲线

5 组试件节点的滞回曲线随着节点域腹板厚度增加变化不大，5 个模型试件的滞回曲线形状都不饱满，呈干扁的梭形，滞回曲线包络面积相对较小，耗能能力较弱。随着节点域腹板厚度增加，节点的极限荷载先减小后增大，但变化幅度很小；随着节点域腹板厚度增加，节点的刚度退化现象会逐渐减小。

3.2 耗能能力分析

评价结构或构件抗震性能的重要标准之一为耗能能力，当结构或构件在抵抗地震作用时，能够有效地吸收或耗散地震输入的能量，使结构在地震作用中减轻损伤。而一般评价耗能能力强弱的指标用等效粘滞阻尼系数he来评价，he越大，节点耗能能力越强。等效粘滞阻尼系数的确定方法见公式(1)～(3)及图4。

图4 等效粘滞阻尼系数公式计算

本节对隔板贯通式箱形柱与H 型钢梁翼缘削弱型节点的5 组试件DTR-4、DTR-6、DTR-8、DTR-10、DTR-12 进行耗能能力分析。根据公式(1)中方法分别计算5 个试件的等效粘滞阻尼系数，结果如表1 所示。

表1 等效粘滞阻尼系数求解结果

由表1 的数据可得到DTR 节点的节点厚度与等效粘滞阻尼系数的关系图。

如表1 和图5 可知，DTR 节点的抗震耗能能力受节点域厚度影响。当节点域厚度较小时，节点有很好的抗震耗能能力，当节点域厚度稍稍增加，节点的抗震耗能能力下降很快，随后又开始小幅上升，且上升到某一水平时，基本不再随着节点域厚度的增加而变化。

图5 节点域厚度与等效粘滞阻尼系数关系

4 结论

通过以上对比分析得出以下结论。

(1)节点域越薄，节点的耗能能力越强，滞回曲线越饱满。节点域越厚，节点的耗能能力越差，滞回曲线越扁长，越易出现捏拢现象。

(2)节点域厚度越薄，节点的耗能能力越强；反之，节点域厚度越厚，节点的耗能能力越差，但耗能并不随着节点域厚度的增大无限下降，而是最终区域稳定。