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钢框架扩翼型节点的研究与应用

发布时间:2019-03-15 02:13:06 文章来源:工具之家    

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zhang涛 范yu辉 曹雨 朱芝馨

摘 要鉴yu北岭dadizhenyushen户地zhen中chuan统gangkuang架jiedianchuxianliaoda量de脆xing破huai为了实xiangangkuang架jiediandekangzhen延xing达daosuxingjiaowai移提gaojiedian延xing、避免zai强震作yongxialiangzhujie头fasheng脆性破坏deshe计目deliangyiyuanjinxing局buxiaoruohuo在连jiequ域局bujiadade设计方法本文zhuozhong介绍了xin型钢kuang架jiedian的种类bingtong过分xi目前国内外yanjiu进zhan指出目前钢框架新型liangzhujiedian研jiu的不zu与方xiang。

关键词:延性jiediansu性铰;kuoyishijiedian

DOI:1.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.019

0 前言

钢jie构与混凝tujiegou相比具you自重轻强dugao、跨度大、材质均匀、an全可靠度gao、抗震xingnenghao、密bi性能优异、zhizaojiagong快捷、拆zhuangfangbian等优点。自19世纪钢结构开始ying用yujianzhu时至今ri钢结构在建筑领域尤其在大跨高层建筑得dao了极其广fan的ying用。

钢框架结构shi由jie点将liangyuzhu连jieqilaiyin此jie点的性能对钢结构整tideqiang度,高度,稳定性ji其zhi造安装youzhuo直接xian著的ying响。钢框架梁柱刚性jie点很长一duan时间yi来被认为具有jiao好的抗震性,在地震剧烈作用xia,由yu钢材liang好desu性性能,节点处的梁内将chansheng塑性铰,塑性铰的xing成和zhuan动可以有效地消san由于地震产sheng的能量,que保节点不被破坏,即“强柱ruo梁,强节点弱杆件”的设计si想。

dan是在1994年美国北岭大地震ji1995年ri本兵库县南部大地震中,大规模的脆性破坏xian象却出现在了传统钢框架刚性节点shang,大大出乎设计ren员的yi料。我国地处喜马拉雅火山地震带与环太平洋地震带之间地震频fa,开发具有lianghao抗震性能的新型梁柱lianjie节点有着重大的意义。

1 钢结构新型延性节点类型与动力te性

1.1 传统梁柱节点破坏原因

梁柱连接节点处常因为构造要求导致截面形状比jiaofu杂,因此在节点截面处出现yan重的应力集中,以及han缝存在quexianzhe导致节点处的chengzai力di于liangjie面处承zai力,在梁尚未来的及形成塑性铰之前,焊缝将xian开lie然后发生脆性破坏。ou美及日本的xue者经过研究分析在地震中梁柱连接节点破坏的zhu要原因有:

(1焊缝本身具有缺陷,ru夹渣、气孔、裂缝、欠焊等;

(2)梁柱节点的高应力qu集中在梁翼缘的po口焊缝处,无法形成侧向收缩或剪切滑移,当梁还没有产生显著的屈服现象时,节点就hui发生脆性破坏;

(3)连接部位的钢材存在三向应力同yang无法形成侧向收suohe剪切位移,乃至在没有屈服xia发生脆性毁坏;

(4)在梁翼缘对应位zhi的gong字型加劲lei偏薄等[5-6]。

1.2 新型钢结构梁柱节点设计li念

欧美国jia和日本在震后以大量shi验为基chu,通过有限元模拟的辅助得出的jieguo表明:防止钢框架梁柱节点发生脆性破坏的有效方法是shi梁的塑性铰外移即避免梁的塑性铰出现在节点焊接区域。为了实现该目标的连接方shizhu要有节点增强型连接和节点减弱型连jie因为塑性铰通常zaiwai荷载产生弯矩M与梁的抗弯承载力Mcr比值(M/Mcr)zui大处。通过提高梁柱节点处的强度或者xiao弱ju离梁柱节点yiduanju离处梁截面er达dao塑性铰外yide目的。

1.3 削弱shi节点

削弱shi节点包括梁腹ban削弱shi和狗gu式。

(1)钢框架梁腹ban削弱式是通过在距离节点一段changdu处的梁腹板上开孔,降低开孔处梁截面的刚度与弯矩容许值,通过控制孔的大小和开孔的位置使得塑性铰位置远离节点的焊接区域。在实验中,此种试件的梁duan部上下翼缘处焊缝没有出xianlie纹并可以达到4%rad以上的塑性转角。这种连接方式特别适合于已经建设好钢框架建筑物,施工相对方便但对梁截面抗剪能力有suo削弱;

(2)狗骨式连接,也是通过削弱梁截面达到目的但与腹板削弱式不同的是狗骨式削弱的是梁的翼缘部分,gen据切割方式的不同,可分为直xian削弱式,逐渐削弱式和圆hu削弱式。通过对梁翼缘部分合li的削弱将塑性铰转移至削弱处jiao长的一段范围内充分利用钢材的延性,但这种削弱方式同样hui降低钢材的刚度与承载力且施工复杂。主要有三种形式:直线削弱式,虽然施工方便jian捷,但两条直线的汇交处,会发生应力集中现象,因此,这种直线削弱式应避免采用zhui形削弱式应力集中现象较直线削弱式有所缓解但是加工困难yuan弧削弱式是目前运用较为广泛的一种,在美国加州大学bo克利分校Blondet, M.等人圆弧口削弱形式RBS节点试验中,其极限塑性转角在0.03rad以上。

1.4 kuoyi式节点

通过对梁duan节点处进xingjiaqiang提高节点处梁截面的刚度与承载力,从而迫使塑性铰外移而远离节点从而达到目的。扩翼式节点主要类型有板shikuoyixing节点,梁duan翼缘扩大型节点,加腋式扩翼型节点,肋板式扩翼型节点。

(1)板式扩翼型节点主要有两种形式:gai板式连接与翼缘板式连接。gai板式扩翼型节点将盖板与梁翼缘和柱翼缘同时焊接起来将塑性铰移至盖板端部,有效利用材料的塑性性能。但是当盖板过长时焊缝应力过大加之焊接时不可避免的缺陷仍然可能发生脆性破坏,且钢材消耗量大。翼缘板式连接的梁翼缘不与柱翼缘直接连接而是通过加强板进行连接,有效减少了焊缝面积避免了盖板式连接焊缝面积过大的缺点,同时也利于对焊缝的检查与xiu复。板式扩翼型节点构造简单,受力可靠但是施工复杂,用钢量大的缺点限制了它的应yong

(2)梁端扩大型节点主要形式为扩翼shiyu翼yuance板加强式。这种连接方式是通过扩大梁柱节点处的翼缘从而提高节点处梁截面的刚度及承载力,通过调节加强侧板的长度来控制塑性铰的位置。扩翼型节点在加工时首先制zuoyige短牛腿,牛腿与柱连接末端chi寸加大,然后将梁与牛腿焊jiezai运至工地安装,减少了板式扩翼型节点焊缝过大的缺陷,geng有利于节点的塑性发展,其构造具体要求可以参kaomei国紧ji状tai属给出的要求:扩翼长度宜为0.5至0.75倍梁高,扩翼角度不应大于28度,扩yiqu端部到焊缝通过孔端部距离宜取0.25倍梁高;

(3)肋板加强型节点是在钢梁靠近节点处焊接两块chui直于梁翼缘的肋板,并与柱翼缘焊接,通过肋板将梁端的力部分传递给柱承受。主要有单肋板与双肋板两种构造形式,单肋板仅在梁上下翼缘布置一块肋板,双肋板则在量上下翼缘各布置两块。这种节点可以有效地避免应力集中,提高梁柱节点处的刚度与承载力。但由于肋板的存在会降低房屋的jing高需要谨慎使用。

2 国内扩翼型加强节点的研究现状

(1)清华大学的钱稼茹,余海群对6种不同类型的节点形式(标

(下转第111页)

(上接第23页)

准全焊连接,pu通栓焊连接,扩翼式盖板加强型,梁端加腋型,腹板削弱型和梁guantong型)进行了足尺寸的抗震性能研究,将各试件的试验结果进行分析比较并提出了传统节点的gai良建议。试验结果显示,多ge试件在梁端焊缝处发生了脆性裂缝, 塑性铰并没有明显向梁内侧移动,因此没有达到验zheng这种节点能否将塑性铰转移到扩大翼缘端部的目的。

(2)青岛理工大学的王燕、高鹏等对5个 0.5倍缩尺的钢框架梁柱 T 形连接节点试件(包括两个盖板扩翼型节点试件)进行了试验。试验的试件设计参考美国规范 FEMA350 的设计方法及构造要求,同时满足我国现行规范。试验中梁上部盖板与柱翼缘连接焊缝处产生较大裂缝,但是梁翼缘与柱翼缘的焊缝牢固并没有开裂,在距离盖板端部约1/4梁高处产生了塑性铰。试验结果表明,节点总转角、塑性转角、延性系数都可以满足总转角不低于 5%rad塑性转角不低于 3%rad、及延性系数大于 3.0 的抗震性能最低标准,说明盖板扩翼型节点比普通节点承载力具有更好的抗震耗能能力并且承载力更高。

(3)黄炳生,舒赣平,吕志涛提出的梁端xiexing翼缘连接节点, 将梁端部翼缘楔形增宽,这样梁的塑性铰就会远离柱边, 然后对liangkua两层梁端为楔形翼缘连接钢框架连接节点进行了低频率往复加载试验, 实验结果表明,试件为延性破坏,梁上翼缘bianhua处出现塑性铰,说明梁端楔形翼缘连接钢框架抗震性能优良。

3 目前研究的不足

目前国外对于扩翼式加强型梁柱连接节点的研究以盖板加强型和翼缘侧板加强型梁柱连接节点为主,美国在扩翼式连接节点的研究比较成熟,我国对扩翼式加强节点的研究尚不充分,工程设计中对于不同工况影响以及专利的限制,照搬其他国家的设计方法是行不通的。

虽然这几年我国对于钢结构的研究蓬勃发展但是对于钢框架梁柱扩大式连接节点的研究很少。已有研究人yuandui梁柱连接节点做了试验,但是节点试验不能反映其在实际钢框jiade工作情况。国内所有关于扩翼式梁柱连接节点试验均未给柱施加轴力,这跟实际受力状态不同的。在高轴ya比的情况下,考虑到力的偏心等因素,柱会提前进入塑性从而降低柱的承载力。而且对采用扩翼式节点钢框架在地震中的表现所进行的研究试验基本为零。

4 小结

自扩翼式加强节点出现以来,以其良好的塑性性能受到人们的广泛关注。从以上xu述我们可以知道,采用扩翼式加强节点转移塑性铰可以提高钢框架的抗震性能。我国是一gedi震多发的国家,具有良好抗震性能的扩翼型梁柱节点有着良好的应用前景,当然扩翼型节点仍然在丰富和发展之中,zhen对它的试验仍然应该继续。随着我国经济实力与科学技shu的发展,扩翼型加强节点将受到越来越广泛的应用。

参考文献

[1]赵广军.gang框架结构延性节点塑性铰外移的机理研究[D].大连理工大学,2014.

[2]刘洪波,谢礼立,邵永松.框架结构的震害及其原因[J]. 世界地震工程,200622(04):44-51.

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[4]chen廷国,赵广军.钢框架延性节点塑性铰外移的机理研究[J].钢结构,2014(12):25-31+57.

shandong工业技术 2016年9期

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