梁柱端板螺栓连接节点极限承载力抗震设计方法

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1、设计分析计算篇梁柱端板螺栓连接节点极限承载力抗震设计方法幸陈小峰郝际平潘秀珍张营营负航(西安建筑科技大学土木工程学院西安710055)摘要：将端板梁柱连接节点应用于多高层钢框架中，延性较好的破坏模式为梁中出现塑性铰，结合国内外端板连接研究成果以及相关设计规范的规定，建议了在梁中出现塑性铰的四螺栓无加劲肋外伸端板梁柱连接节点的极限承载力抗震设计具体方法，按文中的设计方法，可以避免撬力的复杂计算，同时可将外伸端板梁柱节点看成一般刚性节点，避免半刚性节点对钢框架稳定和侧移的影响．关键词：端板螺栓连接抗震设计1．引言

2、钢结构中梁柱端板螺栓连接是利用梁构件端部焊接端板与柱翼缘高强螺栓连接的节点形式。端板连接节点的所有焊接工作均在工厂完成，焊接质量有较高保证；现场采用高强度螺栓连接，施工方便，速度快，施工质量容易得到保证。1994年美国北岭地震(Northridge(a)四螺栓无加劲肋earthquake)和l95年日本阪神地震(Hyogoken—NanbuEarthquake)中，有200多个钢框架因梁柱焊接节点脆断而破坏，而采用端板连接的结构的破坏程度明显轻微⋯，这两次地震充分的说明端板连接具有良好的抗震性能u【2J。图1

3、所示的三种外伸端板高强螺栓连接构造可用于多高层框架结构的抗震设计中。(b)四螺栓有加劲肋(c)八螺栓有加劲肋图1外伸端板梁柱连接节点构造2．端板连接的破坏模式端板连接的破坏形式取决于各组件的相对强弱关系，因此具有多样性，试验中出现的各种破坏形式有梁的弯曲屈服，端板的弯曲屈服，梁柱节点域的剪切屈服，高强螺栓的脆性拉断，高强螺栓的剪切破坏和各种焊缝的破坏‘3川[副。陈绍蕃‘63对无加劲肋端板螺栓连接考虑了螺栓很强而端板相对较弱和螺栓和端板相当宰陕西省教育厅专项科研计划项目(06JK225)，西安建筑科技大学重大科

4、技项目创新资金项目(ZX0510)第一作者：陈小峰，男，1984年7月出生，硕士研究生26、2008全国钢结构学术年会论文集[2008·10]陈小峰，等：梁柱端板螺栓连接节点极限承戢力抗震设计方法的两种极限状态，考虑了螺栓撬力作用对门式刚架梁柱端板连接的强度和刚度推荐了一种实用计算方法，文中不提倡螺栓拉断而端板处于弹性阶段的极限状态，原因在于不仅端板要厚而且柱翼缘也要加厚，用料太多。但这种计算方法和极限状态为弹性使用阶段的设计方法，不能直接用于多高层抗震结构节点的极限承载力抗震设计中。石永久，施刚H3系统地总

5、结了国内外钢结构端板连接研究成果以及我国相关设计规范的规定，提出了钢结构端板连接抗震设计具体方法，包括节点标准构造、抗震承载力验算、极限承载力验算、延性设计，螺栓计算中根据文献呤1的建议，用撬力作用的调整系数考虑撬力的作用，延性设计中考虑端板和柱翼缘破坏，节点域先于螺栓和端板发生屈服，端板(或柱翼缘)先于螺栓发生屈服三种破坏模式。但这三种破坏模式的延性为中等延性水平。各国规范中框架结构的抗震设计原则基本上是相似的，即大震不倒、中震可修、小震不坏。对于抗弯钢框架，为了做到大震不倒，要求梁柱连接必须具有一定的耗散

6、地震能的能力，因此应尽量避免采用延性较低的材料和降低材料延性的施工方法，如焊缝、工地焊接等，以保证塑性铰发生在梁截面或节点域。对于中薄端板节点破坏为脆性破坏，破坏模式为端板的屈服和随后螺栓的突然脆断，端板的屈服可以提供中等的耗能能力，然而它会导致螺栓中较大的撬力，从而导致螺栓在拉力和弯矩作用下的脆断；对厚端板，梁翼缘和腹板的局部屈曲的破坏是理想的屈服破坏模式，能提供较大的延性和耗能能力，同时也满足“强节点弱构件”的抗震设计准则。3．极限承载力抗震设计准则抗震规范(GB50011—200i)‘83中“构件连接应

7、按地震组合内力进行弹性设计并进行极限承载力验算”的计算原则，端板连接中的螺栓、板件需进行弹性设计和极限承载力设计。本文对端板螺栓连接节点只进行极限承载力设计，弹性设计可参考文献‘7][引。本文建议的端板螺栓连接的抗震极限承载力设计准则和一般刚性节点相同，即为梁截面出现塑性铰时，端板和螺栓未破坏。满足“强节点弱构件”的抗震设计准则。4．预期的极限设计弯矩为了使端板连接节点在循环荷载的作用下在梁中形成塑性铰，文献”’对端板连接节点进行了试验研究，对端板梁柱连接节点的极限弯矩用下式估算：fM砷=取也毒坐％(1)二试

8、验的最大塑性弯矩与式(1)进行比较，发现对于梁中出现塑性铰的试件，上式计算出的极限弯矩和实验的极限弯矩很接近。式中麟为梁钢材的实际屈服强度与钢结构规范中规定的名义屈服强度的比值，南为梁钢材的名义屈服强度，．屈为梁钢材的名义抗拉强度，％为梁的塑性截面模量。式(1)其实和文献‘91及FEMA350n03中规定的预期梁截面塑性铰弯矩肘∥相同，由下式计算：M力=C．b凡坼靠(2)靠为连接承载力系数，该系数考