钢结构节点断裂的研究现状

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摘要：对钢框架梁柱节点及钢管节点断裂的研究现状进行了综述，指出现有研究多是基于传统断裂力学方法采用应力强度因子、裂纹尖端张开位移（CTOD）或J积分等预测断裂，这种方法主要适用于研究脆性断裂或局部塑性损伤程度极其有限的伪脆性断裂问题，而对强震作用下构造无明显缺陷部位发生较大尺度屈服时的延性断裂问题并不适用；介绍了近年来发展的基于微观机制的断裂预测方法，可以考虑节点区显著的应力三轴度因素，且适用于无初始裂纹或处于明显塑性阶段的节点延性断裂预测问题，可用于预测强震作用下钢结构焊接节点的超低周疲劳断裂。

关键词：钢框架梁柱节点；钢管节点；断裂；研究现状；微观机制模型；强震

中图分类号：TU375.4文献标志码：A

Review on Research Status of Connection Fracture of Steel StructuresLIAO Fangfang1， WANG Wei2， LI Wenchao1， ZHOU Tianhua1

（1. School of Civil Engineering， Changan University， Xian 710061， Shaanxi， China；

2. State Key Laboratory for Disaster Reduction in Civil Engineering， Tongji University， Shanghai 200092， China）Abstract： Research status of the fracture of beamtocolumn connections of steel frame and steel tube connections were reviewed. Based on traditional fracture mechanics method， it was indicated that the existing researches mostly predicted fracture by using the stress intensity factor， crack tip opening displacement （CTOD） or Jintegral， etc. The method was mainly fit for the research on brittle fracture or pseudo brittle fracture with limited local plastic damage. While it was not fit for the ductile fracture prediction of the parts with largescale yielding region and no initial flaw under strong earthquakes. Therefore， the fracture prediction method based on micromechanics developed in recent years was also introduced. It considered the stress triaxiality in the joint area and was fit for the ductile fracture prediction of the joint with no initial flaw or in obvious plastic phase. It can be used to predict extremely low cycle fatigue fracture of welded connections of steel structures under strong earthquakes.

Key words： beamtocolumn connection of steel frame； steel tube connection； fracture； research status； micromechanical model； strong earthquake

0引言

断裂是建筑结构的一种重要失效模式，由连接节点断裂失效导致结构整体发生倒塌的事故近年来时有发生，这些事故不仅造成人员伤亡，而且给社会带来巨大的经济损失，引起了工程界的高度关注，如2004年巴黎戴高乐机场候机厅顶棚发生倒塌[1]。法国交通部调查后发现引起这一事故的导火索为候机厅顶棚与钢结构支柱连接处的突发性断裂。在1994年的美国Northridge地震和1995年的日本Kobe地震中，大量钢结构房屋发生倒塌破坏。震后调查表明，这些框架结构的梁柱节点及其近旁普遍存在断裂现象[2]。这些大型钢结构的断裂事故充分表明，对于连接节点断裂行为机理的研究和工程断裂判定准则的建立已成为目前亟待解决的课题。本文基于这一背景，主要介绍钢结构节点断裂的研究现状及存在的问题。

1钢结构节点断裂行为的研究现状

1.1钢框架梁柱节点断裂行为的研究现状

目前关于节点断裂的研究主要集中在钢框架梁柱节点的断裂行为研究。以往的梁柱节点试件多数为H形梁H形柱翼缘焊接腹板螺栓连接节点。日本在20世纪70年代以前采用的也是这种结构形式，因而以武藤清教授为主做了许多这种形式的足尺试验。试验结果表明，焊接质量较好的试件有足够的非弹性变形能力，而焊接缺陷引起的刻痕效应足以使重型H形试件在常温下发生脆性断裂。20世纪70年代中期以后，日本开始改用H形梁箱形柱结构形式，同时构件尺寸不断增大，施工工艺也有所变化，但由于足尺试验的诸多困难，使得基于足尺模型的断裂试验难以实现[3]。