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钢结构部分抗震节点
作者:   来源:   发布时间:2018-08-21
为贯彻国家提出的“鼓励用钢、合理用钢”的经济政策,根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011—2010及《构筑物抗震规范》GB50191—2012规定的抗震设计原则,针对钢结构特点,《钢结构设计标准》GB50017—2017(简称“17钢标”)中新增了17.3.8节和17.3.9节,均为钢结构节点的抗震性能化设计内容。其中,17.3.8节中提出的骨形节点是通过对梁翼缘进行局部削弱,使得塑性铰的位置发生外移;17.3.9节中提到的梁端加强型节点的设计思路是在不降低梁承载力前提下,在罕遇地震作用下同样可以获得较好的塑性发展,使节点具有很好的延性。两类节点的共同目的都是将塑性铰移到距柱面一定距离的梁上,从而避免塑性铰出现在韧度较差的焊接接头处,以确保构件具有足够的延性。
 
“17钢标”新增17.3.8节为有关骨形节点的设计内容:
由于骨形节点是以削弱梁翼缘截面、降低梁承载力为代价,获得强震作用下梁的塑性发展,因此,《钢结构设计标准》GB50017—2017强调“内力分析模型按照未削弱截面计算时,纯框架结构侧移限值应乘以0.95;钢梁的挠度限值应乘以0.9;削弱截面的抗弯强度可按梁端弯矩的0.8进行验算;梁的线刚度可按等截面计算的数值乘以0.9计算。”
 
框架梁翼缘骨形削弱段的起始位置、削弱长度和削弱深度均会对节点抗震效果产生影响。当荷载达到一定数值后,在梁翼缘削弱区形成塑性铰,为了使该塑性铰有发展的空间范围,削弱区起点至柱面距离a不宜过小。其他条件相同时,随着a的增大,梁在削弱区域内更容易形成塑性饺,因此在进行梁翼缘骨形削弱设计时,削弱区起点至柱面距离应控制在一定范围之内;削弱长度b对承载力影响相对不如参数ac明显,但为了保证应力在削弱区域内能够平稳传递,也给出了b取值的具体要求。削弱深度c对试件承载能力影响显著,c取值过小时,塑性铰不能有效外移;取值过大时,承载力下降过大,在未能充分利用削弱区腹板的耗能能力时,翼缘削弱区域已经发生较大的局部屈曲,试件进入了极限承载力状态,因此,应针对削弱深度c给出严格的取值区间。
 
基于上述原因,“17钢标”详细给出了a,b和c的计算公式,具体如下:
 
为保证加工精度,“17钢标”规定节点的骨形削弱段应采用自动切割的加工方式,如下图。
   图17.3.8 骨形节点
 
“17钢标”新增17.3.9节为有关梁端加强型节点的内容:
梁端加强型节点在连接区域局部加大梁截面,促使塑性铰外移,提高节点延性,节点应符合如下的相关规定:
1)如果能够做到加强后柱表面处的梁截面塑性铰弯矩等于 (其中,Vpb为梁内塑性铰截面的剪力;s为塑性铰至柱面的距离,也即梁开始变截面或开始加强的位置到柱表面的距离),可以预计梁加强段及其等截面部分长度内均能够产生一定的塑性变形,能够将对梁端塑性铰的转动需求分散在更长的长度上,从而改善结构的延性,或减小对节点的转动需求。
2)由于盖板加强型节点具有“盖板与梁翼缘采用同一条坡口与柱翼缘进行全熔透焊接”的特点,因此此处焊缝尺寸较大,焊接残余应力分布较为复杂,“17钢标”的17.3.9节指出“采用盖板加强型节点时,盖板的计算长度应以离开柱子表面50mm处为起点。”
3)采用翼缘板加强型节点时,翼缘的形状突变会产生应力集中现象,为减少应力集中的影响,“17钢标”规定应将宽板由截面改变位置以不小于等于1:2.5的斜角向弯矩较小侧过渡,即翼缘边的斜角不应大于1:2.5;加宽的起点和柱翼缘间的距离较长时,塑性铰外移的距离增加,柱中的弯矩变大,节点域周边平衡柱中弯矩的剪力增大,对节点域的要求提高;加宽的起点和柱翼缘间的距离较短时,塑性铰外移效果不充分,各方面力学性能与非抗震节点类似,因此,“17钢标”规定,加宽的起点和柱翼缘间的距离宜为(0.3~0.4)hb,其中hb为梁截面高度。
4)当梁柱节点采用梁端加强的方法来达到塑性铰外移的目的时,加强后的梁翼缘自由外伸宽度或厚度发生变化,此时若考虑截面部分发展塑性,为保证梁翼缘不丧失局部稳定,“17钢标”翼缘加宽后的宽厚比不应超过
5)当柱子为箱形截面时,由于柱翼缘对梁的约束能力增强,宜考虑钢梁腹板内力重分布,增加翼缘厚度。
 
   
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