淺析鋼節點構造對受力性能的影響

江卓林

（湖北騰飛人才股份有限公司廣州分公司，廣東廣州 510000）

0 引言

鋼結構因為他輕質高強的特質在一些大跨度，超高層的結構中運用廣泛，而在地震區去，需要房建結構擁有良好的延性從而滿足要求。

學者們通過對于之前的處于震害的房屋進行研究，發現倒塌的房屋在梁柱節點部分并未出現連接破壞，更多的是發生在焊縫處發生的脆性破壞。針對這一特點，對于鋼框架節點的研究便形成了如何將脆性破壞轉換成延性破壞。其長期研究形成以下兩個方面：一方面是通過對節點的局部構造進行設計加工，這是從研究材料微觀機理的層面開展，其主要研究方向是對斷裂力學的裂紋進行研究。另一方面是利用控制塑性鉸位置來改善鋼框架結構延性的做法，通常的做法有加強型節點和削弱型節點。而在設計構造中主要也是考慮塑性鉸外移的特點，本文也是探討這一領域的問題。

1 節點設計

1.1 “削弱型”構造形式

顧名思義，這種節點的構造形式就是對梁端節點附近的梁端進行局部削弱，常見的形式主要是“狗骨式”和”開孔式”。狗骨式節點一般是對節點處梁端翼緣進行局部削弱，開孔式節點則是在梁腹板處進行開孔處理，開孔處理的方式還可以方便管線穿越，增強了其使用性能。

1.2 “加強型”構造形式

加強型節點的構造措施，主要是對于翼緣進行局部補強，比如加蓋板，闊寬翼緣，加肋板等措施，其主要目的是加強局部節點的承載力，迫使塑性鉸外移。

1.3 構造原理

以上的兩個主要節點的設計原理均是以塑性鉸外移，從而保護節點連接處的受力性能。不同的時，“加強型”節點是以加大節點附近的承載力來迫使塑性鉸產生外移，而“削弱型”節點是通過在距離梁柱節點處一定距離的位置對于梁腹板或梁翼緣進行削弱從而能使得局部承載力降低，達到塑性鉸外移的效果。

這兩種節點其本質是都是通過節點區域的構造措施，使得塑性鉸外移，不過兩者節點各有利弊，加強型節點的延性會因為蓋板的加強，受到減小，削弱型節點的承載力會隨著節點的削弱程度增加而下降。

2 研究進展

針對以上問題，學者們將兩種節點結合起來，形成“加強削弱并用型”節點，通過調節節點局部構造的參數，使得節點在滿足承載力要求的情況下，同時保持一定的延性。

哈爾濱工業大學的沈世釗教授、王秀麗教授對于開孔式節點做了一系列的力學性能測試，并且輔以ANSYS有限元軟件進行驗證。通過對梁腹板的節點開孔的尺寸，開孔距離的大小的參數控制，得出了一個增強節點延性同時又保持節點承載力的的合理取值范圍。通過圖1可以看出，由于腹板開洞，翼緣中間位置形成了應力集中。而從圖2的應力值分布情況來看，由于對腹板的局部削弱，也造成了應力集中的區域遠離節點域。

圖1 應力集中

圖2 應力值分布

西安建筑科技大學的刁莉莉選擇在翼緣部分采用開孔削弱的構造形式。當對這種構造形式的節點做了一系列有限元分析。當開孔的位置和尺寸選取合適時，節點的延性可以大大增加，并且承載力僅下降6%左右。并且對于削弱部分的地方進行局部補強，可以再保持原有延性的基礎上提高承載力。如圖3所示，在開孔處進行加焊強板，以及將圓孔改成部分橢圓型孔洞，因為橢圓形孔洞的應力集中小于圓形。從而也能降低局部應力集中。經過單次加載實驗可以看出，其補強措施可以提高承載力。

圖3 構造形式

3 改進節點還需改進的問題

3.1 尚未出現精確化的取值范圍

（1）有限元建模過程中主要是體現出構造對于受力性能的影響，并沒有真實的連接情況進行模擬，根據實際建模，從而讓模型的連接性能，受力性能等等更加接近實際，從而使得有限元模擬的試驗結果更加真實。

（2）本文只是控制了一個變量進行的對比分析，如果將變量擴大到兩個或者兩個以上，此時，參數的多方面影響依然值得繼續探究。

3.2 缺乏實際工程依據

將來有條件可以針對具體的實際工程，建立幾個實際的足尺模型，通過具體的現場試驗對這種節點進行力學性能測試，再通過有限元軟件的對比，使得結論更加貼合實際，更加具備應用意義。

3.3 節點形式構造可以更加豐富

加強的形式較多，本文只針對了在翼緣進行蓋板加強的形式進行研究。可以分析擴翼緣加強，加肋板加強等多種形式的加強條件下，腹板開孔的情況。豐富加強與削弱并用節點的研究內容。

4 結語

通過之前的學者對于節點的一系列研究，可以發現對于節點進行局部的削弱和加強可以讓塑性鉸外移，從而達到延性增強的目的，對于節點構造的改進，不僅增加了節點的穿管等使用功能，同時可以使得施工是焊縫減少，提高施工質量的目的，是一種值得推薦的新型節點。