钢结构梁柱节点发展现状和前景

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1、钢结构梁柱节点发展现状和前景　　摘要：钢结构梁柱节点塑性铰外移方案主要包括:加强梁端和削弱梁截面。但是没有解决传统钢结构节点的两个固有缺陷：梁柱节点处柱翼缘撕裂破坏和节点转动能力对柱腹板薄弱板区的依赖。带侧板钢节点不仅能使塑性铰外移，还消除了钢结构的两个固有缺陷。关键词：钢节点塑性铰梁端加强型节点截面削弱型节点带侧板钢节点　　　　0引言　　　　1994年美国北岭地震中，传统的钢结构梁柱栓焊节点发生了大量的脆性破坏，震后十多年里，国内外对钢框架节点连接的抗震性能和延性做了大量的试验研究。其中主要包括梁端加强和把塑性

2、铰外移两个方面，尤其是对塑性铰外移的研究较多。但这些研究没有解决传统钢结构节点的两个固有缺陷：梁柱节点处柱翼缘撕裂破坏和节点转动能力对柱腹板薄弱板区的依赖。带侧板钢节点的出现给钢结构带来了革命性的变化。　　本文主要介绍了两种由栓焊节点衍生的节点：梁端加强型节点和梁截面削弱型节点，以及一种新型节点：带侧板钢节点。　　　　1梁端加强型节点　　梁端加强型节点通过在梁端加腋、加盖板等措施来加强梁端节点，其使塑性铰外移的原理是梁端节点承载力强于梁其它截面从而迫使塑性铰外移至梁上。　　梁端加腋节点　　梁端加腋型节点通过加腋方

3、式增加钢节点处梁截面的有效高度，从而使塑性铰在梁腋区域外形成，减少梁下翼缘处对接焊缝的应力。加腋节点的形式通常为三角形腋梁，腋梁一般用H型钢或工字钢切割而成。这种节点的延性达到了梁柱刚性连接要求，塑性铰发生在距加腋末端约1倍的梁翼缘宽度的梁上[1]。梁端加腋型节点抗震性能好，多用于结构的加固。但是其加腋部位斜板与翼缘的焊缝，处于梁下，操作空间有一定限制，增加了施工难度，施工人员不太欢迎[2]。而且，加腋对室内净空和美观有一定影响，受限制较多。　　梁端加盖板型节点　　梁端加盖板型节点通过在梁端加焊盖板来扩大梁根部截

4、面，提高其截面抗弯抵抗矩，使盖板外侧相对较弱的截面先于梁根部进入塑性，在梁跨间形成塑性铰。文献[3]对盖板型梁柱连接进行了试验研究，研究结果表明梁端加盖板型节点能够满足钢框架塑性铰外移的设计要求，通过合理的设计可以确保塑性铰的位置，建议塑性铰位置靠近梁端根部梁端加盖板型节点不降低梁的承载力，设计简单，在多高层住宅钢结构体系中不影响房屋美观、使用。但是，这种梁柱连接形式增加了工厂盖板工序和现场焊缝工作量，如果梁翼缘较厚时，还需要分层施焊，对施工进度有一定影响，由于加焊盖板增加了焊缝数量，使梁柱连接处的焊缝质量更不宜

5、保证。　　　　2削弱梁截面型节点　　削弱梁截面型节点通过削弱靠近梁端梁柱节点处梁的截面面积，使梁被削弱截面的承载力小于梁端节点承载力，从而使结构在强震下在梁截面削弱处率先产生塑性铰，利用塑性铰的耗能来防止梁柱节点发生脆断。　　狗骨型节点　　狗骨型节点通过对靠近梁柱节点处梁的上下翼缘进行削弱，使削弱处在大震下产生塑性铰，起到保险丝的作用，从而避免延性较差的梁柱节点发生脆性破坏。狗骨型节点最初给人的感觉是“由于削弱了梁截面势必降低结构的刚度”，实际上，这种由于梁的削弱造成的结构刚度降低较小，当翼缘被削弱50%时，结构

6、刚度降低6%一7%左右;被削弱40%时，降低4%一5%左右[1]。　　狗骨式节点具有良好的延性和抗震耗能性能，是目前美国和台湾主要的梁柱连接形式。但是，节点构件加工时，处理圆弧削弱要求加工尺寸准确，切割面光滑无尖角，为避免应力集中，磨平时应顺翼缘长度方向，对加工工艺有较高要求。　　腹板削弱型节点　　腹板削弱型节点通过削弱梁的截面使靠近梁柱节点的梁截面承载力小于梁柱节点，在大震下使梁柱节点区以外的梁削弱截面先于节点形成塑性机构，防止梁柱连接的脆性破坏。　　腹板开孔型节点的破坏形式是梁翼缘板、腹板的局部变形，是满足抗

7、震设计要求的延性破坏，并且有效削弱试件的承载力较传统试件下降很少，且两者的滞回曲线基本相同，未引起强度和刚度大幅度退化;　　3带侧板的钢节点　　综上所述，把塑性铰由梁柱连接点外移到梁上主要包括两方案:在梁端加盖板、肋、梁腋等措施来加强梁柱节点和削弱梁截面。这些节点都是在前北岭地震节点的基础上简单做了简单变化，称之为“前北岭地震节点后北岭地震衍生节点”。这些研究归根结底都是要达到“强节点，弱构件”的目标，但是没有解决传统钢结构节点的两个固有缺陷：梁柱连接点处柱翼缘撕裂破坏和节点转动能力对柱腹板薄弱板区的依赖。　　带

8、侧板钢节点不仅能使塑性铰由梁柱连接点处外移到梁上，而且可以消除传统钢结构节点的两个固有缺陷。因为这种节点有两个独特的创新：梁端与柱翼缘分离和使用全高度的侧板。梁柱之间的物理隔离，改变了传统节点的传力路径，消除了三轴应力集中，有效防止了柱翼缘撕裂破环；全高度侧板的使用大大加强了节点核心区的刚度，并使塑性铰外移到梁上。　　目前，国内外对这种节点的研究较少，但这种节点以其独特的