鋼框架梁端弧形削弱型抗震節(jié)點(diǎn)承載力分析

張樹軍，戴素娟，王沖

（1山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東 青島 266590；2.中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧 遼陽 111000）

0 前言

從美國(guó)北嶺地震到日本阪神地震，抗震研究人員發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)并沒有形成良好的塑性鉸，而是由于應(yīng)力集中，發(fā)生嚴(yán)重脆性破壞，對(duì)柱節(jié)點(diǎn)域造成損壞。[1]此后具有延性的新型抗震節(jié)點(diǎn)被提出，基于“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則，一系列新型節(jié)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于地震區(qū)，主要包括翼緣加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)和翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)，使梁柱節(jié)點(diǎn)塑性鉸向梁內(nèi)側(cè)外移，有效保護(hù)了節(jié)點(diǎn)域，從而增強(qiáng)了構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的延性和耗能能力，地震來臨時(shí)有效防止鋼結(jié)構(gòu)房屋倒塌，減少建筑損壞和經(jīng)濟(jì)損失。

1 梁翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)類型

梁翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)主要包括直線削弱型節(jié)點(diǎn)、弧形削弱型節(jié)點(diǎn)和錐形削弱型節(jié)點(diǎn)（見圖1）。一些學(xué)者對(duì)此作了詳細(xì)研究，并取得了相關(guān)研究成果，其中文獻(xiàn)[2]建議，梁端翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)削弱參數(shù)取為 a=(0.50～0.75)bf，b=(0.65～0.85)hb，c=(0.20～0.25)bf，R=(4 c2+b2)/8 c。其中：a為削弱起點(diǎn)到柱翼緣距離；b為削弱區(qū)域的長(zhǎng)度；c為削弱深度；R為弧形削弱半徑；bf為梁翼緣寬度；hb為梁高度。

弧形削弱型節(jié)點(diǎn)和錐形削弱型節(jié)點(diǎn)通過弧平面平穩(wěn)過渡，可有效避免應(yīng)力集中現(xiàn)象，而直線形削弱型節(jié)點(diǎn)在兩條直線相交處會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重應(yīng)力集中，使構(gòu)件產(chǎn)生脆性斷裂[3]。其中削弱型節(jié)點(diǎn)可取不同的削弱深度c，削弱深度的不同，對(duì)截面抗彎承載力產(chǎn)生的影響也不同，分析不同削弱深度，對(duì)認(rèn)識(shí)梁端翼緣削弱截面承載力變化有重要意義。本文將結(jié)合工程實(shí)例，針對(duì)不同削弱深度c，分析弧形削弱節(jié)點(diǎn)截面承載力。

圖1 梁翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)

圖2 梁截面尺寸（mm）

圖3 各截面抗彎承載力值

2 弧形節(jié)點(diǎn)截面承載力分析

本文以某鋼框架工程中梁節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，進(jìn)行弧形半徑為R的圓弧型削弱節(jié)點(diǎn)截面承載力分析。具體數(shù)據(jù)：Q 235 B的型鋼梁，梁截面尺寸為H N 400×200×8×13?？缍葹?.5 m，梁與柱采用全熔透焊縫，坡腳為35°，梁抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為f=215 N/m m2。梁翼緣弧形削弱參數(shù)取值見表1。

弧形消弱型節(jié)點(diǎn)參數(shù)尺寸（mm） 表1

3-3截面為翼緣圓弧型削弱部分的截面，由幾何關(guān)系可得削弱深度

同理可得圖1（a）中各截面抗彎承載力值，見表2。

截面抗彎承載力值（c=40mm） 表2

當(dāng)弧形削弱深度取c=0.25，即c=50 m m時(shí)各截面抗彎承載力值，見表3。

截面抗彎承載力值（c=50mm） 表3

將表2、表3的結(jié)果用曲線（見圖3）表示。

由圖3可知，當(dāng)c=50 m m時(shí)削弱截面承載力比c=40 m m低，削弱深度越大，梁削弱截面的抗彎承載力下降越多，4-4截面為最危險(xiǎn)截面。弧形削弱節(jié)點(diǎn)可使梁柱塑性鉸外移，達(dá)到“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的目的，有效保護(hù)了柱節(jié)點(diǎn)域，地震時(shí)可發(fā)揮良好的耗能能力，防止鋼結(jié)構(gòu)房屋倒塌。

3 結(jié)論

本文分析結(jié)果表明：梁端弧形削弱型抗震節(jié)點(diǎn)使削弱截面的承載力降低，其承載力的降低隨削弱深度c的增加而加大，驗(yàn)證了已有的研究結(jié)論。弧形削弱型節(jié)點(diǎn)使梁柱節(jié)點(diǎn)塑性鉸外移，節(jié)點(diǎn)具有良好的延性，抗震效果良好，建議梁柱抗震節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，合理選擇翼緣削弱深度，避免對(duì)截面承載力和剛度削弱過大，影響構(gòu)件穩(wěn)定性。

[1] 王燕.鋼結(jié)構(gòu)新型延性節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2012.

[2] 蔡益燕.考慮塑性鉸外移的鋼框架梁柱連接設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu),2004（2）.

[3] 王燕.鋼框架塑性鉸外移新型節(jié)點(diǎn)的研究與進(jìn)展[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào),2006(3).

[4]GB50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.