鋼框架梁端抗震節(jié)點承載力對比分析

彭偉，李惠，李文宇，馬棟

（山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，山東 青島 266590）

0 前言

隨著各國對鋼框架節(jié)點抗震性能的研究，傳統(tǒng)節(jié)點因諸多缺陷已不適應(yīng)工程實際的應(yīng)用。一些新型節(jié)點相繼出現(xiàn)，常見的有弧形削弱型節(jié)點、擴(kuò)翼型節(jié)點、翼緣板加強(qiáng)型節(jié)點、側(cè)板加強(qiáng)型節(jié)點等。一些學(xué)者對框架抗震節(jié)點進(jìn)行了研究，得出了相關(guān)結(jié)論：弧形削弱型節(jié)點存在梁截面的強(qiáng)度不能得到充分發(fā)揮的缺點，并且在鋼框架梁重要部位削弱梁的翼緣，容易引起梁削弱處翼緣和腹板的局部屈曲，同時會加大框架的側(cè)向變形。因此，對節(jié)點的截面抗彎承載能力做深入研究，對抗震節(jié)點的設(shè)計具有重要意義。

1 梁翼緣節(jié)點類型

鋼框架結(jié)構(gòu)中，梁翼緣削弱型節(jié)點主要包括直線削弱型節(jié)點、弧形削弱型節(jié)點等。加強(qiáng)型節(jié)點主要包括擴(kuò)翼緣節(jié)點、翼緣加強(qiáng)式節(jié)點和側(cè)板加強(qiáng)式節(jié)點等（圖1）。一些學(xué)者對此進(jìn)行了研究，根據(jù)文獻(xiàn)[2]、[3]、[4]建議，圖 1中梁端節(jié)點參數(shù)取值如下,弧形削弱型:a=（0.50～0.75）bf，b=（0.65～0.85）hb，c=（0.20～0.25）bf，開孔半徑R=（4c2+b2）/8c；擴(kuò)翼加強(qiáng)型:a=（0.50～0.75）bf，b=（0.65～0.85）hb/2，c=（0.20～0.25）bf，開孔半徑R=（bwf-bf）/4+b2/（bwf-bf）；翼緣加強(qiáng)型：a=（4～6）t2，b=（0.50～0.80）hb，上下翼緣加強(qiáng)板厚度 t=（1.1～1.4）t2；側(cè)板加強(qiáng)型+6。其中：t2為梁翼緣厚度；hb為梁截面高度；Mc可由框架內(nèi)力分析計算確定；bf為梁翼緣的寬度；fy為鋼材的屈服強(qiáng)度。

2 節(jié)點截面承載力分析

一跨度為4.5m鋼框架，采用Q235B的型鋼梁，梁截面尺寸為450×200×9×14。梁與柱采用全熔透焊縫。根據(jù)已有條件，現(xiàn)對該項目中的框架抗震節(jié)點進(jìn)行4種構(gòu)造方案（弧形削弱型、擴(kuò)翼型、翼緣板加強(qiáng)型、側(cè)板加強(qiáng)型）的抗彎承載力分析，以確定較合理的節(jié)點構(gòu)造方式，為框架節(jié)點設(shè)計提供參考。

2.1 節(jié)點參數(shù)取值

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，討論抗震節(jié)點承載力大小，節(jié)點的參數(shù)取值見表1。4種構(gòu)造方案截面尺寸相同，從距柱邊55mm開始，間距如圖1示75mm，取6個截面，計算截面抗彎承載力大小，截面尺寸見圖2。

2.2 抗彎承載力計算

根據(jù)以上節(jié)點參數(shù)取值和截面尺寸采用下列公式計算截面抗彎承載力。梁截面抗彎強(qiáng)度公式：式中：rx為梁截面塑性發(fā)展系數(shù)，取1.05；wx為梁凈截面模量。削弱深度公式：

節(jié)點參數(shù)取值（mm） 表1

4種節(jié)點方案截面抗彎承載力 表2

式中：x為被削弱截面到柱翼緣距離，由公式得出x=a+b；e為削弱截面最深處到柱翼緣距離，由公式e=a+b 42得出。

根據(jù)公式（1）、（2）得出弧形削弱型3-3截面抗彎承載力為 M=240.86kN·m。

同理，得出其它截面抗彎承載力，如表2所示。

2.3 結(jié)果分析對比

將表2的結(jié)果用折線表示，如圖3所示。

圖3中，削弱型截面抗彎承載力比加強(qiáng)型截面抗彎承載力小；加強(qiáng)型節(jié)點中，在削弱深度相同的情況下，翼緣板型節(jié)點由于增大了截面的高度和寬度，雖使截面抗彎承載力比削弱型節(jié)點提高約2.3倍，但節(jié)點容易造成應(yīng)力集中。側(cè)板型節(jié)點雖使截面抗彎承載力比削弱型節(jié)點提高約43%，但因構(gòu)造方式施工繁瑣，很少被采用。擴(kuò)翼型節(jié)點通過弧平面平穩(wěn)過渡，可有效避免應(yīng)力集中現(xiàn)象。計算結(jié)果顯示，擴(kuò)翼型節(jié)點不僅能更有效避免應(yīng)力集中現(xiàn)象，達(dá)到塑性鉸外移的目的，也能保證梁強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，驗證了已有的結(jié)論。為此，該框架采用擴(kuò)翼型節(jié)點的構(gòu)造方式。

3 結(jié) 論

本文分析結(jié)果表明：在削弱深度相同情況下，擴(kuò)翼型節(jié)點的承載力高，采用的圓弧漸進(jìn)式過渡措施，平穩(wěn)地使節(jié)點塑性鉸外移。建議梁柱抗震節(jié)點設(shè)計時，合理選擇翼緣削弱深度，避免對截面承載力和剛度削弱過大，影響構(gòu)件穩(wěn)定性。

[1]張艷霞，李云鵬，等.鋼框架加強(qiáng)和削弱并用型梁柱節(jié)點性能的優(yōu)勢分析[A].2011全國鋼結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)年會論文集[C].2011.

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

[3]FEMA-350,Recommened seismic design criteria for new steel moment-framebuildi-ngs[S].

[4]王燕,等.鋼框架梁端翼緣擴(kuò)大型節(jié)點低周反復(fù)荷載試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2010(4).