双腹板顶底角钢半刚性节点的研究综述.pdfVIP

第五届全国现代结构工程学术研讨会 双腹板顶底角钢半刚性节点研究综述 完海鹰周涛 (合肥工业大学土木建筑I程学院，安徽合肥230009) 提要 随着我国钢框架体系的广泛应用，理论设计体系的研究更显突出，其中粱柱连接节点的半刚性连接是最重要和关键 的部分。新颁布的《钢结构设计规范》“6850017—2003”中对半刚性节点提出了条文要求。但是没有必要的理论支 持。我国的理论研究落后于工程实践，急待形成我国半刚性节点的理论设计体系，特别是建立弯矩和转角的本构方 程用于工程设计。本课题组从2000年至今一直对双腹板顶底角钢这种典型的半刚性节点进行连续地理论和实验研 究(安徽省自然科学基金资助项目)。本文对5年来的研究成果进行总结，分析，为尽快完善工程设计所应用的实 用理论做好工作。 关键词半刚性节点，初始刚度，滞回性能 引言 在钢框架的工程实践中所应用的大量的梁柱连接半刚性节点，既可以传递一定弯矩又会在梁柱之间产 生一定转角。这与我们在传统钢框架设计中所假设的铰接节点和完全刚性节点是不同的。基于这一点，对 半刚性节点的研究是非常必要的。本课题组5年来对双腹板顶底角钢半刚性连接在周期荷载作用下的破坏 机理及其影响因素，滞回性能，耗能性能等做了大量的工作。首先采用拟静力试验方法来近似模拟这种半 刚性连接在地震荷载作用下的受力情况；同时在拟静力试验研究的基础上，进行半刚性框架节点性能的数 值模拟试验，与真实试验结果进行比较；最后，利用有限元分析的结果，以一个具体的双腹板顶、底角钢 半刚性节点为例，采用MSC．FATIGUE疲劳分析软件进行动力和低周疲劳分析。 二、试验研究 (一)实验概况 首先我们做了试件的静力试验，来确定半刚性连接在静力荷载作用下的破坏形态、M一0关系、初始 刚度、极限承载能力等，以便为后续的周期荷载试验确定或修改构件尺寸、加载模式和数据采集方法等方 面提供依据。其次，我们采用大量不同尺寸的构件进行试验。通过改变试件的顶底角钢的厚度，梁柱的长 度，截面高度以及翼缘，腹板厚度(梁柱为H型钢，构件材质均为Q235．B)，来获得更多的试验数据，寻 找规律。试验中在构件梁端按梯次逐渐施加循环反复荷载(见图l，图2)，通过用荷载和位移控制来测量 连接的转角、梁端位移，项底角钢、腹板角钢、螺栓、梁翼缘、柱翼缘的微应变。 (二)破坏形式 在小幅值周期荷载作用下，试件基本上都能保持良好的弹性状态，卸载后基本上没有残余变形；随着 荷载幅值的加大或周期数的增多，连接的弹性性质越来越不明显，卸载后基本上不能回到原来的位置，塑 性变形加大。其破坏的模式主要有：螺栓滑移、转角过大以及顶底角钢扭转破坏。大部分试件都是由于梁 的转角过大达到破坏的限值而停止加载的。顶、底角钢是半刚性连接最薄弱的部件，由此产生的“转动变 形”则是半刚性连接的是否能正常工作的控制因素。 1156 工业建筑2005年增刊 第五届全国现代结构工程学术研讨会 图1实验示意图(模拟中柱) 图2实验示意图(模拟边柱) (三)滞回性能分析 图3为其中一个试件的滞回图形。从这些试件的滞回曲线分析中可以得出： (1)．在试件起始加载阶段，滞回环面积极小，弯矩与位移之间基本上呈直线变化，在荷载往复过程中， 刚度退化不明显，残余变形也极为微小，构件基本上处于弹性工作状态。 (2)．随荷载进一步加大，滞回环开始呈现曲线形，随着荷载的逐级增加，滞回曲线开始逐渐向位移轴倾 斜，滞回曲线所包围的面积逐渐增大：构件刚度退化明显，表明结构进入非线性工作阶段。 (3)．双腹板顶底角钢半刚性节点在周期荷载作用下的滞回曲线均匀饱满具有很好的耗能特性和延性。 ■ —何 西 。 艺m≯ ． 、-， ．。／坳—!二—一一，r ．。。 ． 警 。7 1罗