蓋板加強(qiáng)型狗骨式節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能研究

唐磊 李啟明

摘 要：現(xiàn)階段鋼節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路主要有兩種，加強(qiáng)型或者削弱型設(shè)計(jì)。本文對(duì)這種新型節(jié)點(diǎn)（以下稱為蓋板加強(qiáng)型狗骨式節(jié)點(diǎn)）的力學(xué)性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，梁翼緣削弱深度、梁翼緣削弱長(zhǎng)度對(duì)該節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能影響顯著，隨著梁翼緣削弱深度的加大，節(jié)點(diǎn)的承載力下降明顯，但其延性與耗能能力有一定提高；梁翼緣削弱長(zhǎng)度對(duì)節(jié)點(diǎn)的承載力有一定的影響，當(dāng)削弱長(zhǎng)度的增加時(shí)，節(jié)點(diǎn)的承載力與延性呈上升的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；力學(xué)性能；研究

地震的爆發(fā)難以預(yù)測(cè)，而且波及范圍廣，破壞性大，被稱為群災(zāi)之首。而我國(guó)許多地方的人口密集，房屋抗震性能較差，一旦遭遇較大地震，損失都會(huì)十分慘重。因此，在我國(guó)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的研究具有特別重要的意義。

鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強(qiáng)、質(zhì)地均勻、塑性和韌性好，制造與施工方便的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使其漸漸成為了建筑抗震設(shè)計(jì)的首選。當(dāng)前，在廠房、橋梁，以及大型產(chǎn)業(yè)設(shè)備和建筑工程領(lǐng)域，鋼結(jié)構(gòu)被廣泛采用。但另一方面，鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能也并非毫無(wú)缺陷。在1994年發(fā)生于美國(guó)洛杉磯的北鄰地震和1995年發(fā)生于日本神戶的阪神地震中，鋼結(jié)構(gòu)梁柱焊接節(jié)點(diǎn)發(fā)生了嚴(yán)重的損壞，特別是節(jié)點(diǎn)域處的焊縫，許多都出現(xiàn)了脆性破壞。美國(guó)學(xué)者通過(guò)對(duì)地震中節(jié)點(diǎn)破壞情況的觀察，提出了一些改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的方法，主要的策略就是讓塑性鉸外移。其設(shè)計(jì)方法主要分為兩種：一種是對(duì)偏離柱表面一段距離的梁截面進(jìn)行削弱；第二種就是對(duì)柱表面處的梁端截面進(jìn)行加強(qiáng)。

《多、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳圖》提出過(guò)一種新型的梁柱節(jié)點(diǎn)類型。該節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路就是在對(duì)鋼節(jié)點(diǎn)梁翼緣削弱的同時(shí)，又利用蓋板適當(dāng)加強(qiáng)梁端，以達(dá)到節(jié)點(diǎn)在實(shí)現(xiàn)塑性鉸外移的同時(shí)仍能保持較強(qiáng)的承載力與滯回性能的目的。該設(shè)計(jì)思路有一定的合理性，卻很少有學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究與應(yīng)用。本文并利用ABAQUS有限元分析軟件，分析了梁翼緣削弱深度以及削弱長(zhǎng)度對(duì)該新型節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響規(guī)律，為該節(jié)點(diǎn)在工程的應(yīng)用提供一定的參考。

1 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

梁柱尺寸的設(shè)計(jì)結(jié)合我國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求，鋼柱截面統(tǒng)一選取為250250914mm2，柱高1800mm。梁截面為3001506.59mm2，梁長(zhǎng)1500mm。蓋板加強(qiáng)型狗骨式節(jié)點(diǎn)目前還沒(méi)有相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，在蓋板與狗骨設(shè)計(jì)參數(shù)的取值上，參考美國(guó)規(guī)范FEMA-350進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 材料參數(shù)

鋼節(jié)點(diǎn)梁柱材料的簡(jiǎn)化計(jì)算模型選取彈性和彈塑性的三線性理想應(yīng)力——應(yīng)變曲線，如下圖2.1所示。材料曲線的關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)如表2.1：

3 加載制度

本文采用梁段加載的加載方式，并參考美國(guó)AISC抗震規(guī)范選擇以位移控制加載的加載方式進(jìn)行加載，以節(jié)點(diǎn)域梁端的轉(zhuǎn)角

4 結(jié)論

①在削弱深度小于0.1bf時(shí)，蓋板加強(qiáng)型狗骨式節(jié)點(diǎn)未能實(shí)現(xiàn)塑性鉸外移，而在削弱深度大于0.1bf時(shí)，各節(jié)點(diǎn)順利實(shí)現(xiàn)了塑性鉸外移。并且隨著梁翼緣削弱深度的增加，節(jié)點(diǎn)的承載力下降明顯，但其延性、耗能能力有一定增加。在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，建議削弱深度取值大于0.1bf。②節(jié)點(diǎn)的梁翼緣削弱長(zhǎng)度對(duì)節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)沒(méi)有影響，但對(duì)節(jié)點(diǎn)的承載力以及延性影響較大。當(dāng)狗骨削弱長(zhǎng)度的增加時(shí)，節(jié)點(diǎn)的承載力與延性均呈上升的趨勢(shì)。在不影響結(jié)構(gòu)使用功能和美觀的情況下，蓋板狗骨式節(jié)點(diǎn)的蓋板厚度削弱長(zhǎng)度取值可以適當(dāng)放長(zhǎng)。