钢框架节点抗震设计浅谈讲解
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钢结构中的抗震设计研究第一章引言随着各类建筑物在世界范围内的不断兴建,建筑结构的耐力、抗震性等技术需求也日益提高。
作为一种高强度、高刚性的建筑结构材料,钢材被广泛应用于建筑结构中,尤其是在大跨度建筑中,钢结构的应用越来越广泛。
钢结构中的抗震设计也成为了一项关键的技术研究。
本文旨在通过对钢结构中的抗震设计进行研究,探索如何提高建筑结构的抗震能力,减小地震对建筑物造成的破坏。
第二章钢结构与抗震设计2.1 钢结构的优点与应用范围钢结构具有以下优点:一是结构轻、强度高,可以适用于大跨度结构的搭建;二是构件制造精度高,可重复使用,方便施工;三是钢结构的施工期缩短,节约劳动力资源;四是钢结构可以进行抗震加固,提高建筑物的抗震能力。
钢结构的应用范围非常广泛,可以应用于高层建筑、桥梁、机场大厅、体育馆和工业厂房等建筑结构中。
2.2 钢结构中的抗震设计原则钢结构中的抗震设计原则主要包括以下几点:一是应当选择适宜的钢材及构件型式,满足建筑物的载荷和强度要求;二是应当加强设计中的节点部分,对节点进行配合加强,力求节点能够承受大地震的力量;三是应当考虑物理机制,采用合理的结构模型,力学分析和计算分析,保证其可靠性。
2.3 钢结构中的抗震设计方法钢结构中的抗震设计可以采用地震作用下的强度设计、减震设计、隔震设计和减振设计等方法。
强度设计是指在地震作用下,受力构件内应力可以达到一定的规定值;减震设计是在钢结构中引入一种减震装置,起到减震、吸能和稳定结构的作用;隔震设计是指在某些工程地震区域的建筑中,采用了隔震基础减小地震对建筑物的震动影响;减振设计则是指在钢结构中安装减振装置,减少结构的振动。
第三章钢结构中抗震设计的案例分析在实际建设中,随着钢结构设计技术的不断提高,越来越多的建筑都采用了钢结构,而各种不同的抗震设计方法也被广泛应用。
下面通过几个具体案例进行分析。
3.1 上海国际赛车场上海国际赛车场是一座倾斜式钢结构体育场,属于高层、大跨度建筑。
钢结构框架节点域设计【摘要】在钢结构设计中,无论是钢框架还是门式钢架,节点设计都是其中的重要环节,“强节点,弱构件”更是抗震规范中所强调的。
工程实例中,发生地震后,钢结构框架的破坏有相当一部分出现在连接节点处。
虽然钢结构的震害相对于其它结构较少,但为避免地震发生时,连接节点先于框架梁破坏而导致结构变形、倒塌,设计人员应该对钢框架节点的计算及设计高度重视。
节点域的计算是节点设计的其中一个方面,如果节点域不满足要求,该节点将在梁端弯矩及剪力作用下,产生剪切变形继而先于构件屈曲破坏。
因此,节点域的设计在钢结构框架的设计中占有重要地位。
本文着重通过对节点域的概念、计算、调整、设计原则及注意事项的论述,说明了节点域的设计在钢结构框架设计中的重要性。
【关键词】钢结构框架;节点域;设计;在强震作用下,钢框架的梁柱刚接节点易发生破坏,尤其是在弹塑性阶段,节点域剪切变形明显增大,为满足强节点弱构件的设计原则,应对节点域进行处理。
一般情况下,采用在节点域腹板两面或单面贴钢板的方法补强节点域厚度,同时,节点域上下的加劲肋和侧向支承也必须设置。
焊缝的施工质量非常重要。
一、节点域的概念及计算1.节点域的概念。
节点域是指当梁与柱翼缘( 强轴) 刚性连接时,由柱翼缘与水平加劲板所包围的柱腹板范围。
当梁与柱铰接或梁与柱腹板(弱轴)刚性连接时,可不考虑节点域内容。
当梁与柱翼缘(强轴)刚性连接时,梁端弯矩通过梁翼缘对柱腹板产生剪应力,剪应力过大将导致柱腹板屈服,节点破坏; 当梁与柱铰接,弯矩无法传递至柱腹板或翼缘,也就不存在节点域超限问题; 当梁与柱腹板(弱轴)刚性连接时,只要按构造要求在柱子另一侧设置水平加劲板,剪应力将传递至加劲板及其焊缝上,不会对柱腹板产生破坏。
因此,只有当梁与柱翼缘(强轴)刚性连接时,才需考虑节点域是否超限。
2.节点域的计算。
节点域的计算分两种情况: 抗震和非抗震情况下的验算。
以工字形截面柱为例。
(1)非抗震时: 钢结构规范公式为 7.4.2-1,7.4.2-2: 一是需要满足抗剪强度要求;二是需要满足柱腹板厚度要求: , tw—柱在节点域的腹板厚度;hb—与柱相连的梁翼缘板厚中心的距离; hc—柱翼缘板厚中心的距离。
钢结构的抗震构造措施1. 引言地震是一种破坏性极大的自然灾害,对建筑物的破坏是不可小觑的。
在建筑结构设计中,抗震设计是至关重要的一环,特别是对于钢结构建筑。
钢结构的抗震构造措施至关重要,能够有效提高建筑物的抗震性能,减小地震灾害造成的损失。
2. 抗震构造措施2.1 结构健康评估钢结构建筑在设计初期应进行充分的结构健康评估,包括建筑的受力特性、结构刚度、柱、梁、框架等构件的尺寸和材料选择等,以确保建筑结构在地震作用下的稳定性。
2.2 设计合理的抗震措施在进行钢结构建筑的抗震设计时,应根据设计规范和实际条件,合理选取抗震设计参数,包括结构的刚度、强度、防御性、延性等各项指标,以确保结构在地震发生时的安全性。
2.3 加强连接节点连接节点是钢结构建筑中容易发生破坏的关键部位,因此应注重加强连接节点的设计和施工。
采用高强度螺栓、焊接等连接方式,提高连接节点的抗震性能,增强结构的整体稳定性。
3. 施工质量控制钢结构建筑的施工质量直接影响其抗震性能,因此在建筑施工过程中,应严格控制施工质量,确保各项抗震构造措施得以有效实施。
对于焊接、螺栓连接等关键部位,应进行质量监督和检查,确保连接的牢固性和可靠性。
4. 维护和检测钢结构建筑在使用期间应定期进行结构的维护和检测,及时发现并处理结构的裂缝、变形等问题,确保结构的健康和安全。
同时,定期检测结构的抗震性能,进行必要的加固和改造,以提高结构的抗震能力。
5. 结语在钢结构建筑中,抗震构造措施的设计和实施是确保建筑物在地震发生时能够安全稳定的关键因素。
通过合理的设计、施工和维护,可以有效提高钢结构建筑的抗震性能,保障人员生命财产安全。
建筑设计者和施工方应严格按照相关规范和要求进行设计和施工,确保建筑物的抗震性能达到要求,减小地震带来的损失。
钢结构框架梁柱节点性能分析摘要:钢结构框架梁柱节点施工是提升建筑抗震性的主要工序,因此应优化梁柱节点的质量。
本文通过概述钢结构框架梁柱节点内容,围绕有限元模型、载荷等方面研究钢结构框架梁柱节点性能,分析多种要素对于节点性能的影响,为优化节点质量提供参考意见,提升建筑工程整体质量,突出项目结构的抗震性能。
关键词:建筑工程;钢结构框架;梁柱节点前言:钢结构具有韧性塑性强、重量轻、制造简便的优势,该模式在建筑工程中的应用可以缩短施工周期、提升抗震性能。
其中梁、柱节点是框架关键连接位置,其性能会决定框架结构在载荷基础下的整体性。
因此,有必要深入分析钢结构框架梁柱节点的实际性能,实现构件和节点的标准化设计,优化节点性能。
1钢结构框架梁柱节点概述1.1刚性连接模式其一,全焊连接。
借助融透的方式焊接梁上下翼,通过双面胶焊接腹板。
上述连接模式对于焊接技术要求较高,若操作失误会导致应力集中,对施工结构受到影响。
其二,全栓焊接。
借助T型钢,使用高强螺栓连接梁翼和柱翼,不会产生三向应力和残余应力。
其三,混合连接。
该模式包含两方面内容:一方面是利用融透焊接梁上下翼,并通过大刚度角钢连接高强螺栓,借助剪力板连接柱翼和高强螺栓。
多层钢结构中主要利用刚性连接梁柱,通过柱贯通方式连接框架柱和梁。
针对抗震部分,应确保梁翼缘厚度和加劲肋相同。
若属于非抗震区域,加劲肋的厚度应≥梁翼缘厚度的1/2,满足板件的实际宽厚比值,防止连接节点受到破坏。
1.2柔性连接模式柔性连接又称为铰接连接,在梁侧无线位移,不过可以进行自由的转动。
该模式包含承托、端板以及角钢三方面。
其中,角钢主要连接柱和梁腹板,可以借助连接板替代角钢。
端板连接模式和角钢相同,但不可替代。
利用承托连接模式连接柱的腹板时,主要将厚板当作承托构件,防止柱腹板弯矩较大,确保偏心力矩传输至柱翼位置。
2钢结构框架梁柱节点性能研究2.1构建有限元模型本课题主要借助有限元软件,依据相关学者关于连接节点的研究内容,构建建筑工程中钢框架梁的非线性节点有限元模型,分析其中力学性能的差异性,为后续工程梁柱节点连接模式提供新思路[1]。
钢筋混凝土框架节点抗震性能探讨【摘要】材料工程学是建筑行业研究的重点内容,在长期施工实践及材料配制中已取得了先进的成果。
本次分析了钢筋混凝土材料的应用特点,对其框架中节点抗震设计提出了合理化建议。
【关键词】混凝土;框架;节点抗震;性能钢筋混凝土是现代建筑物广泛使用的材料,其改变了过去单一组合形式的建筑物体,增强了整个建筑的耐久性能。
为了更好地利用钢筋混凝土,施工单位应注重钢筋结构抗震性能的控制,加强节点施工质量的控制与维护,避免因节点薄弱而发生质量病害现象。
一、钢筋混凝土的特点早期建筑行业普遍采用混合料作为施工材料,旧混凝土多数采用胶凝材料与集料胶等配合成符合材料,基本满足了简单结构的建筑使用要求。
基于材料工程学指导下,混凝土材料开始植入钢筋作为支护结构,利用钢筋网或单个构件实施加强处理,保证了钢筋混凝土的应用性能。
钢筋混凝土的特点:1、牢固性。
单一混凝土仅利用胶结料、粗细集料等原材料,按照行业规定比例混合而成,这种混合料改变了过去水泥材料筑造的缺陷,从某种程度上增强了建筑结构的使用价值。
经过一段时间的施工改造,建筑行业研制了性能更好的应用材料,钢筋混凝土成为了功能级别更高的框架体[1]。
此种混凝土选配相同质地的钢筋作为配合物质,植入普通混合料中加工处理,综合改善了混凝土结构的牢固性,从局部结构改善了混凝土的使用功能。
2、耐久性。
对于钢筋混凝土来说,其耐久性特点表现于建筑结构的使用寿命,因添加了钢筋材料为框架支护体,建筑物使用寿命得到了显著的改善,如表1。
从表中可以看出,无论是大、中、小型建筑物,试验勘测数据都显示,建筑物应用钢筋混凝土材料后的寿命得到延长,寿命误差范围5-10年,这说明植入了钢筋,框架的耐久性得到增强。
3、灵活性。
钢筋安装使用具有很强的灵活性,不仅适用的建筑范围广阔,且不易受到外在条件变化而发生性能的改变。
近年来,国内70%以上的建筑物倡导使用钢筋混凝土结构,涉及到商用建筑、民用建筑等主要工程范围,不仅现场施工的操作流程便捷,钢筋后期的使用性能更为优越。
高层钢结构建筑中的抗震设计思路分析【摘要】随着当今高层钢结构建筑的增多,探讨如何进行高层钢结构建筑的防震设计成为备受关注的焦点。
本文从概念设计、结构计算以及构造上入手,其设计结果经实践证明符合抗震水准。
【关键词】高层钢结构建筑;抗震;设计钢结构建筑与传统的混凝土建筑结构相比具有突出的优点,例如强度与重量比高、韧性好,因此被广泛的应用与各种类型的民用建筑以及商用的高层、超高层建筑中。
但是由于钢结构建筑的发展时间较短,很多现实的问题没有得到充分的解决,致使钢结构建筑的优势得不到充分的发挥,在面临地震作用下也会形成一定的破坏和损失。
1 概念设计概念设计即采用一种从总体上、大概的进行抗震的工程决策,以免盲目的进行计算工作,可以实现合理的抗震设计。
1.1 建筑场地场地的选择要充分的掌握了相关的工程地质资料以及地震活动情况的基础上对于建筑用地进行综合的评估。
经验表明,密实坚硬或者开阔平坦的坚硬场地食欲建筑使用,而易于液化土、软弱场地土、孤立的山丘、采空区以及河岸或者边坡均不适于建筑使用。
1.2地基与基础由于不均匀的沉降会给建筑物带来巨大的危害,因此要在地基的设置上避免将同一个结构单元设置于不同性质的地基土上,同时避免天然地基与桩基混用。
当遇到严重不均匀土层、软弱粘性土时要着重的加强基础的刚性与整体性。
1.3 平面与立面的布置由于钢结构建筑在地震中易于发生扭转、塑性变形以及应力集中的现象,从而使得抗震效果减弱。
而均匀的刚度变化、质量分布以及规则、对称的立面、平面设置可以有效的环节地震带来的破坏。
同时合理的设置抗震缝,将建筑物分割为规则的结构单元也可以起到加强房屋抗震的作用。
在此方面,我国已经出台了官运钢结构房屋的使用高度、高宽比的规定,如下表1、2:1.4 结构体系结构体系一般有着如下的规范要求:具备相当的承载力、耗能力与变形力;设置多重的抗震防线,以免发生部分的结构失效所带来的整体建筑破坏的后果;设计要满足刚度分布、承载力合理以及不发生因局部的削弱而导致的薄弱环节,同时对于可能会出现的薄弱环节要及时的采取措施提高其承载力。
钢筋混凝土框架结构的抗震性能研究在当今的建筑领域,钢筋混凝土框架结构因其良好的整体性、较大的室内空间以及灵活的布局,被广泛应用于各类建筑中。
然而,地震作为一种不可预测且破坏力巨大的自然灾害,对建筑物的安全构成了严重威胁。
因此,深入研究钢筋混凝土框架结构的抗震性能具有极其重要的现实意义。
一、钢筋混凝土框架结构的特点及抗震原理钢筋混凝土框架结构主要由梁、柱组成,通过节点连接形成一个整体的框架体系。
这种结构具有较高的承载能力和较好的变形能力。
在抗震方面,其原理主要体现在以下几个方面:首先,框架结构的整体性使得各构件能够协同工作,共同抵抗地震作用。
柱子作为主要的竖向承重构件,承担着大部分的竖向荷载,并将其传递至基础;梁则主要承受水平荷载,并通过与柱子的连接将荷载传递给柱子。
其次,钢筋和混凝土的协同工作使得结构具有较好的延性,能够在地震作用下发生一定程度的变形而不致突然倒塌。
钢筋能够提供抗拉强度,混凝土则提供抗压强度,二者相互配合,有效地抵抗地震力。
二、影响钢筋混凝土框架结构抗震性能的因素1、结构布置合理的结构布置是保证框架结构抗震性能的关键。
包括平面布局的规则性、竖向刚度的均匀性等。
平面布局不规则,如凹凸不规则、扭转不规则等,会导致地震作用下结构的受力不均匀,从而增加破坏的风险。
竖向刚度不均匀,如底层空旷、楼层收进等,会引起地震力在竖向的分布不均匀,导致薄弱层的出现。
2、梁柱截面尺寸梁柱的截面尺寸直接影响其承载能力和变形能力。
较大的截面尺寸可以提供更高的承载能力,但可能会增加结构的自重,同时也会影响建筑的使用空间。
过小的截面尺寸则可能导致承载能力不足和变形过大。
3、钢筋配置钢筋的配置包括纵筋和箍筋。
纵筋主要承担拉力,其数量和直径的合理配置能够保证柱子和梁在受拉时的承载能力。
箍筋则主要用于约束混凝土,提高混凝土的抗压能力,并增强柱子和梁的抗剪能力。
4、混凝土强度混凝土的强度等级直接影响结构的承载能力和变形能力。
钢框架节点抗震设计浅谈张冰冰西安建筑科技大学土木工程学院建筑与土木工程11级11班摘要:钢结构抗震性能优越,但是传统栓焊的梁柱节点在实际地震中表现为严重的脆性破坏,如何对容易在地震过程中产生脆性破坏的节点进行改进一直是钢结构抗震设计的关键问题之一。
本文针对钢结构传统栓焊节点脆性破坏的机理进行总结,重点讨论各种改进节点的优缺点,最后对节点抗震设计原则给出建议。
关键词:钢结构;节点;破坏机理;设计原则;改进措施1 引言近年来,钢结构正慢慢成为高层或超高层建筑中主要的建筑类型。
在多高层钢框架中比较常用的柱节点连接型式是梁翼缘与柱焊接、梁腹板与柱用高强螺栓连接的栓焊混合节点,如图1所示。
工程界在20世纪90年代以前一直认为这种节点具有良好的塑性耗能能力和良好的抗震性能,然而,在1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震中许多节点出现了严重的脆性破坏。
这两次震害对节点的破坏使得人们开始去重新审识钢框架结构的抗震性能,并开始重视研究钢框架结构中梁柱栓焊连接节点的抗震设计。
图1普通栓焊接节点图2 梁腹板补焊2 普通梁柱节点破坏机理1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震中钢结构梁柱普通栓焊节点出现严重的脆性破坏,震后调查研究发现,梁下翼缘裂缝占 80%~95%;上翼缘裂缝占 15%~20%;裂缝起源于焊缝的占 90%~99%,而且主要起源于下翼缘焊缝中部;起源于母材的只占 1%~10%;不少裂缝向柱子扩展,严重的将柱裂穿;有的向梁扩展;有的沿连接螺栓线扩展。
其中较多的破坏表现为梁下翼缘焊缝与柱翼缘完全脱开,另外一些破坏为始于梁下翼缘垫板与柱交界处的裂缝扩展到柱翼缘中。
总结各方的研究成果现总结出造成梁柱节点发生严重脆性破坏的原因如下:1、在地震力的作用下,梁柱的节点处应力值较大且状态复杂,焊接部位的钢材往往处于三向应力状态,从而使节点焊缝截面成为框架的薄弱环节。
2、焊缝金属的冲击韧性低,焊缝存在的缺陷, 如裂缝、欠焊、熔化不足或不良、加渣及气孔,特别是下翼缘梁端现场焊缝中部,因腹板妨碍焊接和检查、梁端腹板下翼缘处工艺孔偏小,致使下翼缘焊缝在施焊时实际上中断出现不连续,最后导致导致焊缝处应力集中。
作者简介:张冰冰,学号:1101841143,研究方向:混凝土,导师:周铁钢3、钢材的韧性,仅在在较细的杆件处于单轴应力状态下才得以充分发挥,当其处于三向应力状态下, 无法形成侧向收缩或剪切滑移,很难充分发挥材料的优势性能,从而就会在没有明显屈服现象的情况下发生脆性破坏。
4、出于焊接工艺的要求,为了确保焊缝质量,常在梁翼缘坡口焊接时加垫板,实际工程中垫板在焊接后就保留在结构上,由于翼缘焊根部常存在未焊透,这样垫板与柱翼缘之间就形成一条“人工”裂纹,其在竖向力作用下会扩大,也会使裂缝尖端的应力集度系数超过临界值,从而引发不稳定断裂。
5、为了有利于施焊和保证焊缝跨越腹板且保持连续,通常在腹板上设置焊接孔。
一般将焊接孔做成扇形。
位于腹板和翼缘交界处的梁腹板上,经机械切割后造成该处几何形状不连续,受力时容易出现应力集中而使得该区域产生初始裂纹;6、梁柱连接处的钢材因受到约束不能转动,尤其是当柱翼缘板材较厚时,这种约束使梁柱节点处钢材不能屈服,从而加剧了该处焊缝的局部高应力,也增大了在焊缝缺陷中引发裂缝的机率。
7、节点设计时,通常假设弯矩全都由梁翼缘承担,而剪力全由梁腹板承担,但在实际工程中,受力时由于柱产生变形,导致梁翼缘承受弯矩和剪力的复合作用,使得焊缝有很大的次应力产生,加上焊缝本身存在的缺陷,更易引发脆断;8、梁的屈服强度常常远高于标准值,使节点相对较弱;组合楼板使截面中和轴上移,对梁下翼缘产生不利影响;梁发展到塑性弯矩时,梁下翼缘坡口焊缝处出现的超高应力加速了节点破坏。
综上,可知普通的栓焊节点连接性能非常差,在地震作用下,钢梁在破坏前并没出现明显的延性变形(塑性铰),导致地震能量直接作用于梁柱的焊接节点,由焊缝根部萌生的脆性破坏裂纹经焊根进入母材或热影响区,使其产生很大的变形。
一旦翼缘破坏,由螺栓或焊缝连接的剪力连接板往往被拉开,沿连接线由下向上扩展,造成严重的破坏后果。
3 梁柱节点改进措施3.1改善节点构造措施为了充分发挥钢材的塑性性能,保证钢框架梁柱节点在地震作用下少发生甚至不发生脆性破坏。
据此提出的节点设计方法,概括起来为如下几点:1、对梁翼缘焊缝衬板缺口效应进行处理2、改进扇形切角构造3、将梁腹板与柱子焊接,如图2所示。
4、梁与柱刚性连接时,按抗震设防的要求,柱在梁翼缘上下各500mm的节点范围内,柱翼缘与柱腹板间或箱形柱壁板间的组合焊缝,应采用全焊透剖口焊缝。
5、当梁翼缘的塑性截面模量小于全截面塑性截面模量的70%时梁腹板与柱的连接螺栓不得少于两列。
当仅需要一列时,仍应布置两列,且螺栓总数不得少于计算值的1.5倍,且螺栓孔等对梁全截面的削弱率不应大于25%。
3.2改变节点形式1、半刚性节点对于地震区的多层和单层钢框架结构,若梁柱连接采用刚度较大的全焊接连接,由于焊接缺陷,容易引起节点脆性破坏;若采用刚度较小的连接,又会导致较大的水平位移和用钢量的上升。
当梁柱连接采用具有一定柔性的半刚性连接时,可以增加结构的阻尼,延长周期,减小振幅,从而大大降低震害。
端板螺栓连接即是一种具有良好延性和耗能能力的半刚性连接形式。
端板连接的全部焊接工作在工厂完成,焊接质量有保证,现场施工速度快,在发达国家和地区广为采用,我国门式刚架普遍采用该种连接形式,如图3所示。
(A)(B)(C)(D)图3 (A)端板连接节点;(B)、(C)、(D)梁—梁拼接连接2、梁—梁的拼接连接梁柱节点的脆性破坏大多是从节点焊缝开始的,因此改善节点性能需首先从焊缝处入手。
为此,可采用现行抗震设计规范推荐的节点,即将框架梁采用悬臂短梁与柱刚性连接,悬臂梁段与柱预先在工厂采用全焊连接,在现场采用翼缘焊接腹板螺栓连接(如图 2a)或全部螺栓连接(如图 3)进行拼接。
但根据节点设计的正确方法,是不满足规范的验算要求的。
因此此类节点不宜用于主要抗侧力结构的构件中。
3.3 塑性铰外移在抗震设计中,直接的满焊连接可能无法满足要求,要通过抗震措施来加强。
目前,主要采用将塑性铰自梁端外移来避免强震下梁柱连接处焊缝破坏的做法,其常用的方法有梁端部加强型节点和梁端部削弱型节点两种。
1、梁端部加强型节点该方法就是加大梁端截面的焊缝面积或加大梁端的有效面积,使梁端的极限承载力高于梁截面,在地震作用下,加强后的梁端还未进入全截面塑性剪力状态时,在梁端附近因梁的截面相对较小,先行形成塑性铰而发生塑性破坏,起到保护节点、防止发生脆性破坏的作用。
梁端部加强型节点包括板式扩翼型、梁端翼缘扩翼型、侧板加强型、肋板扩翼型、腋式扩翼型和盖板加侧板式等。
板式扩翼型节点主要有两种形式:盖板扩翼型与翼缘板扩翼型(如图4)。
板式扩翼型节点能够实现将塑性铰外移的目的,可以将梁端塑性转角增大,从而大大提高节点延性性能,以及钢框架的抗震耗能能力,梁破坏后加强板并不屈服,梁柱连接出焊缝也未见裂缝。
但是当盖板扩翼型节点当盖板厚度过大、长度过长时,会增大梁端连接焊缝的应力,增大造成脆性破坏的可能。
与盖板扩翼型节点相比,翼缘板扩翼型节点梁翼缘板并不与柱翼缘直接相连,图4 板式扩翼型节点而是通过加强板的过度与其相连,这样的构造措施可以减小梁端与柱翼缘连接处焊缝高度,利于焊缝质量控制与后期质量检查,同时焊缝高度的降低也有利于减少焊接热应力的影响板式加强构造简单,施工迅速,承载力刚度都有所提高,也便于后期维护,但缺点是用钢量较大。
梁端翼缘扩翼型和侧板加强型节点见图 5。
这两种节点是通过增大梁翼缘宽度的方法达到减低焊缝中应力的目的,两种形式都能很好的起到将塑性铰外移的目的,扩翼型节点通过短牛腿与梁相连,牛腿在工厂与钢柱全焊连接,到现场将等翼缘宽度的钢梁与短牛腿栓焊连接,这样可以保证短牛腿与柱连接处焊缝质量。
侧板加强型节点是由日本清水建设开发的新型连接方式,只需在梁端部用几块与梁翼缘厚度相同或相近的平板与梁翼缘对接焊接即可,图5 梁端翼缘扩翼型节点和侧板加强型节点与和普通的钢结构梁柱节点相比,可将梁端塑性变形能力提高1倍以上,从而使钢框架抗震能力有很大的提高。
梁端翼缘扩翼型和侧板加强型节点连接中,扩翼宽度及扩翼长度是影响节点耗能及延性性能的主要因素,这种连接方式的缺点是制造工艺复杂,浪费材料。
(A)(B)(C)(D)(E)图6 (A)腋式扩翼型节点;(B)、(C)、(D)、(E)、(F)肋板扩翼型节点肋板式扩翼型节点与加腋式扩翼型节点构造相似,见图 6。
肋板式扩翼型节点依靠在钢梁上下翼缘焊接一块或者两块垂直肋板增加钢梁翼缘截面的抗弯承载力,使塑性铰移至肋板加强区之外,起到保护节点焊缝的作用。
但此种节点同样存在降低建筑净空的缺点,且不方便组合楼板的安装。
对于加腋节点一般有梁柱连接翼缘单侧加腋和梁翼缘两侧加腋两种形式。
单侧加腋节点对于加腋侧能缓解焊缝处应力集中现象,由于加腋后梁中性轴向加腋区偏移而使加腋侧另一端在受拉时应力增加,造成焊接处的应力集中,增加梁上翼缘发生脆性破坏的可能;双侧加腋节点能实现塑性铰转移到梁上的目的,较好地缓解节点对接焊缝处应力集中现象,且抗震性能优越,但在实际工程中,部分钢框架结构房屋在使用上要求较高,梁上侧加腋后造成楼面不平整,而且也影响美观,而盖板-腋梁型节点能很好的解决此类问题,研究表明盖板-腋梁节点能有效改善对接焊缝处应力集中现象,实现了塑性铰转移至梁上的目的,降低其发生脆性破坏的可能性。
该节点形式具有理论上的合理性和实用上的可行性,且具有良好的耗能能力,抗震性能优越。
最后,盖板+侧板式节点是在盖板式节点的基础上,在连接处增设两块高度为梁高的加强侧板,此时梁翼缘可不与柱连接,从而消除了焊缝中的三轴拉应力集中。
两块侧板加上加劲肋可使节点具有很好的刚度和塑性转动能力,并使节点板域变形变得容易控制。
但该节点耗材较多,施工复杂,虽然适用于高烈度设防的地区,应用却不大广泛。
2、梁端部削弱型节点削弱型节点是通过对梁翼缘或腹板的削弱,使削弱处破坏先于节点破坏,从而起到控制梁塑性铰位置的目的,但是这种削弱会降低梁的承载力,同时也增加了腹板局部屈曲以及梁发生侧向扭转失稳的可能性。
这类连接形式常见的有梁腹板削弱型连接、腹板切缝型连接以及梁翼缘削弱型。
腹板开洞式节点。
类似于混凝土空心板开洞以减轻自重的原理,梁腹板也可在离开节点一定距离开洞以减轻自重并降低梁截面的抗弯能力,相应地“提高”节点的抗弯能力(如图7)。
开洞的大小和多少在保证结构可靠的前提下视节点与梁的强弱关系而定。
这种节点可让工艺管道等设备从梁中穿过,使结构层和设备层合二为一,在管道布置错综复杂的电厂建筑中优点较为明显,但缺点是加工成型复杂。