高层钢框架梁柱节点研究综述

《高层钢框架梁柱节点研究综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、高层钢框架梁柱节点研究综述　　摘要：过去的一百多年中，材料科学和抗震设计思想上的革新以及经济的迅速发展不仅使得高层钢结构在结构体系上发生了巨大变化，而且其梁柱节点形式也发生了翻天覆地的变化，它经历了从不合理到合理、不经济到经济的发展过程，大致经历了普通螺栓连接、铆钉连接、高强螺栓连接和焊接等几个发展阶段。关键词：建筑；框架；研究　　1梁柱节点在高层钢结构中的地位　　梁柱节点是高层钢结构中的关键部位，其设计的优劣不仅关系到钢结构优良抗震性能能否得到充分的发挥，而且还直接影响到结构的造价。梁柱节点的设

2、计思想不仅受到抗震设计理论的影响，同时也受到加工工艺、施工手段、造价及钢材质量等诸多因素的制约。可以毫不夸张地说，钢结构的梁柱节点设计是高层钢结构中最具份量的设计之一。　　2高层钢结构梁柱节点的形式演变　　此时比较典型的节点形式如图所示[1]，采用的连接形式是用角钢和铆钉将梁的腹板和柱连接起来。　　在高层建筑钢结构大量地涌现，铆钉现场安装工序繁琐且带来噪音使得都市市民无法忍受，所以现场安装的铆钉逐渐开始被螺栓现场安装所代替。也就是说，节点的连接形式由全铆钉连接变为工厂铆钉连接、现场普通螺栓连接的铆

3、钉、螺栓共存的形式。这时，比较典型的节点形式。50年代，性能优良的高强螺栓的出现标志着铆钉连接被淘汰。　　五、六十年代，人们开始认识到焊接技术的优越性，它不仅性能好，而且具有施工速度快、无噪音、外观效果好等优点。特别是六十年代出现的焊接性能优良的A-36号钢的上市，更是大大推进了焊接技术的应用。它是通过盖板和连接板将翼缘和梁腹板同柱连接起来，其中盖板和连接板和柱之间通过工厂焊接连接，与梁翼缘和梁腹板之间通过现场高强螺栓连接。　　八十年代以后，钢材的焊接性能大大改善和现场焊接技术的进一步提高再一次大

4、大推进了高层建筑梁柱节点的发展。　　它是Northridge地震后最先提出的一种改进方案。其设计思想是加强节点承载能力。这种节点在实验室进行的大尺寸试件研究时，延性要好于以往的节点，但有时也出现脆性破坏。对于这种节点，最大的困难就是盖板与梁翼缘的焊接及检测，特别是采用厚盖板时将使坡口焊很大，致使焊缝的收缩、复原等更加困难，同时更容易在梁翼缘和盖板的交界处产生更大的残余应力。　　它用两个托座分别将梁的上下翼缘和柱翼缘连接起来，托座与梁翼缘一般通过焊缝连接，托座与柱翼缘则可通过铆接、螺栓连接或焊缝连接

5、。其中当托座与柱翼缘通过螺栓连接时一定要使用大的、高强度螺栓，以保证节点为刚性连接。这种节点形式在实验室研究中也表现出很好的延性，但造价相对较高，这种节点形式的设计思路是通过加强节点的强度使得塑性铰出现在梁上。　　3美国Northridge地震和日本阪神地震震害　　1994年1月17日，一场中等大小的地震袭击了洛杉矶西北郊区，忽然之间，Northridge城成为美国乃至全世界结构工程师众所周知的地方。地震后进行的严密调查表明：在此区域内，超过100栋钢框架结构建筑中存在梁柱节点破坏，大部分为脆性破

6、坏。1995年，日本兵库县南部发生了里氏级Kobe地震，地震也使大量钢结构节点产生破坏，地震中的钢结构，虽然其设计依据和施工方法与美国有所区别，但节点的破坏呈现出同样的脆性破坏特征。　　在Northridge地震的大多数钢结构建筑中都使用了专门的抗弯钢框架。这种框架没有斜撑，其典型的节点形式如图所示。在此节点中，梁的上下翼缘和柱翼缘是通过焊缝连接的，用来传递梁端弯矩；梁腹板和柱翼缘是通过两块剪切板连接的，用来传递梁端剪切力，其中，柱翼缘和剪切板通过焊接连接，梁腹板和柱翼缘通过高强螺栓连接。另外，在

7、梁腹板的上下端切割出焊接工艺孔，在梁翼缘的下部有焊接垫板，以方便焊接。　　　　4节点脆性破坏原因分析　　经过地震后的研究和调查，各国学者纷纷总结节点脆性破坏的原因，总的说来，原因是多方面的，大致归纳如下几点：　　材料属性　　尽管钢材通常被认为是延性材料，但是这只是在小截面杆处于单向轴应力状态的普通情况下才是真实的，此时，均匀的小横截面杆不会受到侧向约束，允许侧向收缩，到达强度极限时，会出现颈缩和剪切滑移层。　　钢材的断裂韧性是另一个值得关注的问题。已经有过一些关于低韧性母材的报告，但是它们往往被当

8、作是意外。但是，越来越明显的证据说明焊接过程中热量的输入是非常高的，在某些情况下甚至超过了4KH/mm。和高温交叉影响一起时，很可能会严重地降低热影响区的韧性。同时，高温交叉和热量输入也会降低某些焊缝的屈服强度和拉伸强度。　　焊接金属的断裂韧性是另外一个值得关注的问题，Northridge地震前使用的规范没有规定焊缝的最小韧性等级，允许使用通常的自我防护轴心焊条E70T-4，这种焊条没有最小的韧度要求。在通常情况下，实际的焊缝韧性在20℃时小于15J，有些小于7J。这么低的韧性，加