提高钢结构梁柱焊接节点抗震性能的探讨

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1、提高钢结构梁柱焊接节点抗震性能的探讨　　【摘要】本文主要围绕着钢结构梁柱焊接节点抗震性能的一些主要问题，针对其焊接节点的结构特点和地震的破坏的特征，深入分析了焊接节点的抗震设计，以期可以为提高钢结构梁柱焊接节点的抗震效果提供参考。【关键词】钢结构梁柱；焊接节点；抗震性能中图分类号：TU391文献标识码：A一、前言近年来，钢结构房屋建筑的数量不断增多，钢结构被广泛应用在工业和民用建筑中，在钢结构建筑工程建设中，梁柱焊接节点的抗震性能设计至关重要，关乎钢结构建筑的使用效果。二、钢结构梁柱节点的基本特性1、刚性连接节点，从保证构件原有的力学特性来说，在连接节点处应保证其原有的完全连续性。这

2、种构造能使所连接的构件之间夹角在达到承载能力之前不发生变化，其连接强度应不低于被连接构件的屈服强度。2、半刚性连接节点，能保证其承载力等于或大于构件的承载力，但由于所采用的连接方法和细部构造设计的关系，致使连接节点的弹性刚度比构件的弹性刚度低，这样的节点形式作为设计要求一般不采用。93、铰接连接节点，从理论上讲是完全不能承受弯矩的连接节点，因而一般不能用于构件的拼接连接。铰接连接节点通常只用于构件端部的连接，比如柱脚、梁、析架和网架杆件的端部连接等。三、钢结构梁柱节点破坏分析根据作者多年的实践经验，认为钢结构梁柱节点破坏的形态主要有如下几种：9第一，梁翼缘的应力不均匀分布引起的脆性破

3、坏。钢结构连接主要采用内隔板式、外隔板式和内外隔板式等3种方式，而在工程实际中普遍使用的是第3种连接，在大量的地震中，内外隔板式梁柱节点的脆性破坏都是从焊缝端部的焊趾开始。同时，试验表明梁体的翼缘在靠近节点焊缝处的应力分布极其不均匀，在距离柱边一个翼缘宽度以外，应力分布逐渐均匀。根据试验绘制的翼缘应力分布图，靠近焊缝处梁体中轴线处的应力小，边缘的应力大；距离节点焊缝距离越远应力分布越均匀。普通节点在梁端竖向荷载作用下的应力分布图也可以看出粱的翼缘的应力分布，既边缘应力大，中间应力小。梁翼缘处出现这种应力分布情况，主要是由于梁腹板对翼缘的嵌固作用导致梁边缘部位的应变小于中轴线的。在地震

4、作用下，由于这种应力分布的不均匀性，梁将首先从边缘进入塑性状态。同时由于钢材的应变硬化效应，在中轴线处梁翼缘达到屈服应力并刚刚形成塑性铰或还没有形成塑性铰之前，边缘处的应力可能已经达到『钢材的极限强度或焊缝的破坏应力，产生裂纹。另外在梁腹板与柱连接处没有竖向加劲肋，由于柱翼缘平面外的弯曲变形使得梁腹板承受的弯矩减小，引起梁翼缘应力增加。因此在塑性变形很小的情况下，节点就发生了破坏。第二，焊接质量引起的梁柱连接破坏。在美国Northridge地震中梁柱节点最多的断裂主要发生在焊透的对接焊缝连接的梁柱节点上，多为脆性断裂，破坏形式有下列几种：①裂缝从焊趾处向梁腹板扩展；②裂缝穿过柱翼缘向

5、腹板扩展；③裂缝从下翼缘垫板与柱的连接处向柱翼缘中部扩展，甚至使翼缘劈裂；④下翼缘焊缝与柱子翼缘完全脱或下翼缘焊缝裂缝一直扩展到柱腹板或梁腹板，这是梁柱节点的主要震害形式。这些破坏形式是由于焊缝质量缺陷使焊接节点发生断裂破坏造成的。在破坏的节点断面上可以观察到熔渣及不完全熔化等现象，这些缺陷是节点脆性破坏的直接原因。而不恰当的焊接T艺容易在材料中产生大的焊接残余应力，使热影响区在收缩时产生裂纹，从而造成焊缝的不连续性，这也被认为是梁下翼缘首先出现裂缝的主要原因。9第三，塑性铰范围小引起的整个节点的脆性破坏。钢结构抗震设计的基本原则是“强柱弱梁，强点强锚固”。但是在强调节点强度的同时忽

6、略了节点的延性。在地震作用下梁柱节点处的粱首先屈服，形成延性很好的塑性铰。这段塑性铰区也包括靠近节点处的一小段梁翼缘。尽管钢材具有很好的延性性能，但因为节点处延性较差，因此会在塑性铰形成前焊缝处的应力就达到了焊缝的破坏应力或是端部翼缘达到粱钢材的极限强度，造成节点的脆性破坏。因此在设计时，要保证节点塑性区的长度范围，以使钢材的延性充分发挥。四、梁柱节点的抗震设计在钢框架结构中,常见的用H型的柱与梁焊接而成的梁柱焊接节点如图1所示。在图1中,H型截面柱的翼缘与梁的翼缘焊接,梁的腹板通过高强螺栓与柱的翼缘栓接,构成实际的栓焊节点结构。依据小震不坏,大震不倒0的钢结构抗震设防要求,在梁柱焊

7、接节点的设计上应体现强柱弱梁的设计原则,即让结构中的塑性铰出现在梁上。因为梁承受的是一层楼面的载荷,且经验表明,只要端部锚固尚未失效,悬梁也可维持楼面不致立即塌落。而柱承受的则是各层楼面的总载荷,它的破坏将危及整个结构的安全。强柱弱梁的设计原则让梁屈服在先,目的即在于利用梁的塑性变形来吸收地震能量,以保证柱和结构的安全。9在梁柱焊接节点上(图1),梁端翼缘焊缝虽可与母材等强,但考虑到现场安装条件受限的实际工况及焊缝中可能存在焊接缺陷等不利影响,使震害发生时