【钢框架塑性铰外移节点的类型与抗震机理研究的文献综述2900字】

钢框架塑性铰外移节点的类型与抗震机理研究的文献综述节点连接方式有刚性连接、半刚性连接及铰连接。目前，实际工程中刚性连接是钢框架中必须用的连接方式，而全部使用焊接连接、全部使用螺栓连接、和焊接与螺栓连接混合使用均通过设计均可实现节点的刚性连接；栓焊混合节点是在阪神地震前国际大量使用的一种连接形式。但是，在地震作用中，这种传统的梁柱连接刚性节点产生了大量无显著变形而突然发生的破坏，以至于大量已建工程中存在构件脆性断裂，以及整体体系倒塌的重大事故。而断裂失效主要是由于梁柱连接处焊缝的承载能力弱于梁截面本身的承载能力，导致梁截面在没有充分发挥塑性变形之前梁柱连接处的焊缝就已经达到了极限承载力，因此梁端混合结构在结构上同样存在一定缺陷[15]；为了解决刚性梁柱节点处存在的比较复杂的应力状态，大多学者展开了梁柱节点试验研究及数值分析，对节点域横梁外端进行削弱，使之两侧具有较好耗能能力。文献[16-17]对全焊接的刚性节点和栓焊混合的刚性节点进行了循环加载卸载试验，研究表明刚性连接在循环荷载作用下变形能力较差，且全焊连接节点抗震性较优，栓焊混合连接抗震性能稍差。为此，本文对刚性节点中的全焊接形式进行了研究分析。图1-4节点的延性设计原理Fig.1-4Theductiledesignprincipleofjoints目前，国内外将塑性铰移至梁上的方法主要分为加强节点和削弱节点。图1-4为两种节点的设计原理。加强型节点是通过焊接或螺栓连接等方法，对梁翼缘靠近焊接处设置过渡板或腋板等构造措施来增加梁柱的连接区域受力构件的截面面积，致使强震时塑性铰出现在加强区域的末端。削弱型节点是通过对节点域附近的梁翼缘削窄或者对腹板开孔或切削，致使在削弱区域内梁截面面积减小，从而迫使塑性铰出现在削弱区域内。加强型节点常规形式无论加强型节点的构造形式如何变化，其共同特点均是通过对节点域进行加强，使塑性铰不出现在梁端头的区域[18]。加强型节点按照加强构件的形状和位置不同可分为使用d端肋板加强、使用端板进行加强、在梁端部曾加腋板加强和直接将翼缘板扩大来加强。梁端肋板加强型节点有两种形式，均是在上下翼缘延外侧中心位置加焊一块或两块肋板[19]，主要更具加焊肋板的数量分为单、双两种形式。肋板均为上下对称焊接。肋板的形状有梯形或一边有圆弧形切口的梯形分为两大类（见图1-5）。（a）单肋板加强型（b）双肋板加强型图1-5板式加强型节点Fig.1-5Plateenhancedjoints图1.6是美国FEMA-350推荐使用的一种节点形式[20]。梁端板式加强型节点有较好的延性，根据梁的上下翼缘是否与柱表面直接连接，可分为翼缘板过渡型与盖板加强型两种节点类型（见图1-6）。（a）翼缘板加强型（b）盖板加强型图1-6梁端腋板加强型节点Fig.1-6Beamendhaunchplatereinforcednode梁端加腋型节点主要是在梁端上下翼缘或下翼缘处焊接斜向放置的加强钢板，同时在梁柱腹板对应位置处设置相应的加劲肋作为支撑（见图1-7）。根据加腋板是否关于梁上下翼缘对称可分为对称与非对称两种。（a）上下对称加强（b）下部加强图1-7梁端腋板加强型节点Fig.1-7Beamendhaunchplatereinforcednode梁端扩大型[21-22]分为在梁端直接扩大梁翼缘截面形成短牛腿与柱翼缘进行焊接成为一个整体，另一种则是在梁端翼缘侧面焊接同等厚度的侧板（见图1-8）。两种加强型式均是旨在减小梁端柱面位置处的应力水平迫使塑性变形远离梁端柱面，实现塑性铰外移的目标。此种加强形式可在加工厂中直接将梁端翼缘扩大，能够有效地缩减工期。（a）直接扩翼加强型（b）翼缘侧板加强型图1-8梁端扩大型节点Fig1-8Beamendenlargedjoints削弱型节点的常规类型根据切割位置不同，翼缘削弱型梁柱节点分为两种：腹板削弱、腹板削弱；对腹板的削弱主要是在腹板上打孔或切缝，对翼缘的削弱主要是在去除翼缘的一部分。对翼缘面积的减小较为常用。其主要原理：通过缩小截面的有效面积来减小截面强度，调整节点的应力状态，从而应力集中现象的位置从焊缝处发生转移，保护节点核心区域。削弱型节点加工方便、抗震效果良好，在国外钢框架结构工程中得到了应用广泛。对翼缘的削弱由于方便加工，是建筑行业研究的重要热点，目前在国外已建工程中应用较多。按照削弱形式，分为直线型削弱、狗骨形削弱，以及锥形削弱。直线型削弱节点如图1-9（a）所示，翼缘削弱区域用几段直线进行切割，在直线交汇处易出现应力集中现象，引起脆性破坏，对此种形式节点研究较少。狗骨形削弱是将梁端翼缘某区域进行圆弧型削弱，如图1-9（b）所示，这种削弱形式在失效时产生较大塑性变形，并且梁端塑性转角能够达到传统塑性转角4倍以上，可有效地满足抗震性能化设计要求。而锥形削弱是在圆弧型削弱的基础上改进而来的，如图1-9（c）所示。对加工技术的要求较严格，制作成本也高于其他节点类型。（a）直线型（b）圆弧型（c）锥形图1-9梁翼缘削弱型节点Fig.1-9Beamflangeweakenedjoints梁腹板削弱主要分为梁腹板开孔型以及梁腹板切缝型两种。梁腹板开孔型节点是在梁腹板进行孔状切割，为了使建筑管线方便贯穿，从而增加结构的净使用高度，如图1-11（a）所示。梁腹板切缝型削弱，是在腹板靠近翼缘的轴线方向上上下对称切割开缝，由于此种方法易出现应力集中，故工程采用较少，节点形式如图1-11（b）所示。（a）梁腹板开孔型（b）梁腹板切缝型图1-11梁腹板削弱型节点Fig1-11Beamwebweakenedjoints（3）对刚性梁柱连接的狗骨型梁翼缘削弱节点，还可分为梁接柱截面强轴与梁接柱截面弱轴两种形式。针对梁翼缘削弱节点的大多数研究均为H型钢梁与柱的强轴连接，文献[23-24]对梁连接腹板的在循环荷载作用下的滞回性能和抗震设计做了实验及ANSYS有限元研究。参考文献BjorhovdeR.PerformanceandDesignIssuesforHighStrengthSteelinStructures[J].AdvancesinStructuralEngineering,2010,13(3):403-411.ZhangYC,JinL,ShaoYS.Practicaladvanceddesignconsideringrandomdistributionofinitialgeometricimperfections[J].AdvancesinStructuralEngineering,2011,14(3):387-397.施刚,石永久,班慧勇.高强度钢材钢结构[M].北京:中国建筑工业出版社,2014.施刚,班慧勇,石永久,等.高强度钢材钢结构研究进展综述[J].工程力学,2013,30(1):1-13.施刚,石永久,王元清.超高强度钢材钢结构的工程应用[J].建筑钢结构进展,2008,10(4):32-38．许兆辉,卢秋霞,王斌.高强钢材的应用和发展前景综述[J].山西建筑,2012,38(31):136-138.江苏沪宁钢机有限公司.经典建筑钢结构工程续集[M].北京:中国建筑工业出版社，2012.陈绍蕃.钢结构.北京:中国建筑工业出版社,2002.JGJ/T483-2020高强钢结构设计标准[S].北京:中华人民共和国行业标准出版社,2020.AISC/ANSI360-16,SpecificationforStructuralSteelBuildings[S].AmericanInstituteofSteelConstruction,Chicago,US,2016.EN1993-1-8,Eurocode3:DesignofSteelStructuresPart1-8:DesignofJoints[S].EuropeanCommitteeforStandardization,Brussels,EN,2005.黄南翼,张锡云.日本阪神地震中的钢结构震害[J].钢结构,1995,28(10):118-127.傅克诚,春燕.日本阪神地震建筑损坏特点与震后抗震对策[J].国际地震动态,2010,7:32-34.PopovEP.SeismicmomentconnectionsforMRFs[J].JournalofConstructionalSteelResearch,1988,10:163-198.田中淳夫,蔡益燕.梁与柱的直接混合连接[J].钢结构,1995,27(10):68-71.崔鸿超,王桂云,王暐,等.钢框架梁、柱节点在反复循环荷载作用下的试验研究[J].建筑结构学报,1990,11(1):52-60.宋振森,刚性钢框架梁柱连接试验研究[D].西安:西安建筑科技大学,2009.张海军.钢框架梁柱盖板连接的破坏机理及抗震性能研究[D].北京:北京交通大学,2008.毛辉,王燕.钢框架梁翼缘扩翼型节点受力性能研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2010,42(1):36-41.ChenSJ,TuCT.ExperimentalStudyofJumboSizeReducedBeamSectionConnectionsUsingHigh-StrengthSteel[J].JournalofStructuralEngineering,2004,130(4):582-587.ZhangXF,RiclesJM.Experimentalevaluationofreducedbeamsectionconnectiontodeepcolumns[J].JournalofStructuralEngineering,2006,132(3):346-357.LiFX,KananoI,LiJ,etal.LocalbucklingofRBSbeamssubjectedtocyclicloading[J].JournalofStructuralEngineering,2009,135(12):1491-1498.郭秉山.钢框架梁柱腹板连接在循环荷载作用下的滞回性能及抗震设计对策[D].西安:西安建筑科技大学,2004.郭秉山,顾