不设置水平加劲板的箱形柱-h型钢梁刚性连接中节点的强度设计条件

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1、1绪论1．1选题背景及研究意义建筑钢结构具有减少建筑中结构所占的面积，降低基础工程造价，缩短建筑施工周期，良好的抗震性能等显著优点，这些优点使工程开发产生了有效的综合经济效益Ⅲ。自从2000年至今，由于钢材品种的持续开发，以及对全钢结构多高层建筑的抗震性能的优越性有了更多的共识，因此这类结构得到了进一步应用。同时随着我国经济的快速增长以及近几年冶金业的发展，钢框架结构体系将逐渐在我国多高层建筑中成为应用最广泛的结构类型之一“。建筑钢结构中，框架是最为常用的结构体系。梁柱刚性连接节点是框架结构的主要节点类型

2、之一。组成框架结构的框架柱截面通常取用热扎的H型钢截面，焊接的H型钢截面和四块钢板焊接而成的箱形截面。使用H型钢截面的框架柱时，由于H型钢在截面性能上有强轴惯性矩和弱轴惯性矩之分，因此H型钢的方位，宜使其强轴对应与柱弯矩较大的方向，或者对应与柱的计算长度较大的方向。而由四块钢板焊接而成的箱形截面柱在两个主轴方向上的惯性轴相等，没有强轴和弱轴之分，故当两个方向弯距相差不大和在地震条件下尤其适合，加上箱形柱便于涂刷防火涂料和柱子的外包装修，因此箱形柱在多高层钢结构中使用得越来越广泛，它以其较好的受力特性被广泛

3、使用01。框架结构中的框架梁通常采用热轧的窄翼缘H型钢或焊接的H型钢，但不适宜采用热轧的工字钢。因为采用热轧的工字钢的翼缘厚度可变，不适应焊接坡口的加工要求和设置引弧板。无论是箱形柱与H型钢梁刚性连接还是工字形柱与H型钢梁刚性连接，都有全焊接刚性连接和栓焊刚性连接两种“1，全焊接刚性连接要求H型钢梁翼缘采用焊透的T形对接焊缝而腹板采用角焊缝与柱翼缘连接，栓焊刚性连接要求H型钢梁翼缘采用焊透的T形对接焊缝而腹板采用摩擦型高强度螺栓与柱翼缘板相连81。对于梁柱刚性连接节点构造，相关设计规范和技术规程均做了相关

4、规定：《建筑抗震设计规范》8．3．4第三条(3)中规定：工字形截面柱(翼缘)和箱形柱与梁连接时，柱在梁翼缘对应位置设置加劲肋，且加劲肋厚度不应小于梁翼缘厚度；8．3．4第五条规定，箱形截面柱在与梁翼缘对应位置设置的隔板应采用全熔透对接焊缝与壁板相连。《高层民用建筑钢结构技术规程》8,3．4中也规定当框架梁端垂直于工字形柱腹板与柱刚接时，应在梁翼缘的对应位置设置柱的横向加劲肋，梁翼缘与柱横向加劲肋采用全熔透焊缝连接。由上述规程和规范的规定可以看出：框架柱与H钢梁刚性连接时，箱形柱在梁翼缘对应位置应该设置横向

5、加劲肋。除了《钢结构设计规范》中规定：当工字重庆大学硕士学位论文梁翼缘采用焊透的T形对接焊缝而腹板采用摩擦型连接高强度螺栓或焊缝与H形柱的翼缘相连，满足下列条件时，柱的腹板可以不设置加劲肋。①在梁的受压翼缘处，柱腹板厚度气应该同时满足：#筹帆≥务②在梁的受拉翼缘处，柱翼缘板的厚度t应该满足：tc≥o．4、3Akfb

6、fc这个规定只适用于H形柱与工字形梁的连接情况。由于箱形柱与H形柱的截面性能不同，因此在与梁形成刚性节点时，整个节点的受力情况也不尽相同。所以规范中的上述规定不能用于箱形柱与H型钢梁的刚性连接

7、节点中。前面提到，当箱形柱与H钢梁刚性连接时，箱形柱在梁翼缘对应位置须设置水平加劲肋，且加劲肋必须采用全熔透焊缝。在实际工程的施工过程中，对加劲板的设置，通常是将加劲板与柱的三块壁板先焊接起来，而加劲板与第四块壁板的连接只能从外面用熔化的嘴电渣焊来解决(图1．1)，这种方式对于施工来说具有很大的难度。^图1．1箱形柱横向加劲肋焊接Fig1．1Jointingthestiffingplateofthebox-column这种焊接方法在节点区很容易出现熔渣及不完全熔化现象，这些焊接缺陷是导致节点脆性破坏的直接

8、原因”1。焊接时产生的较大的热量，很容易造成焊缝不均匀及产生很大的焊接变形，不恰当的焊接工艺也容易在材料中产生较大的焊接残余应力，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。这些原因使焊缝质量得不到保证，从而直接影响了节点的承载力。同时电渣焊的返工是非常麻烦的，在施工制作过程中，虽精心制作，但返工是不可避免的，因此必然会影响施工进度，从而得不到很好的经济效益和施工质量。当结构体系在受力较小的情况下，若箱形柱内部可以不设置横向加劲肋，不仅可以节约材料，同时

9、也减少了框架节点处焊缝的数量，减小了焊接残余应力，并且大大降低了施工难度，从而提高了节点施工的速度以及2l绪论整个工程的建造进度。因此，对此课题进行研究，具有很重要的工程和科研价值。为了解决在强度条件下，不设置水平加劲肋的箱形柱与H形梁刚性连接节点设计条件问题，进行了本课题的研究。1．2国内外研究现状国内外学者自从上世纪五十年代，开始从试验入手研究分析梁柱刚接的受力性能，首先是研究节点在单调荷载下的表现，反映节点的刚度和强度等