翼缘削弱型梁及梁柱节点的受力性能分析：力学特性与优化设计.docxVIP

翼缘削弱型梁及梁柱节点的受力性能分析：力学特性与优化设计

一、绪论

（一）研究背景与工程意义

在现代建筑结构中，钢结构以其强度高、自重轻、施工速度快等显著优势，被广泛应用于各类大型建筑、高层建筑以及工业厂房等工程领域。随着建筑功能需求的日益多样化和建筑造型的不断创新，建筑结构形式愈发复杂，对钢结构的性能也提出了更高的要求。

翼缘削弱型梁及梁柱节点作为钢结构中的关键受力构件，在结构体系中起着至关重要的作用。翼缘削弱型梁通过在梁的翼缘特定部位进行削弱处理，改变了梁的截面特性，从而优化了结构的应力分布。这种设计理念不仅能够提高结构的延性，使结构在承受较大变形时仍能保持较好的承载能力，有效避免脆性破坏的发生；还能在一定程度上减轻结构自重，降低钢材用量，提高结构的经济性。

梁柱节点则是连接梁和柱的关键部位，它负责传递梁与柱之间的内力，确保结构的整体性和稳定性。节点的受力性能直接影响着整个结构的抗震性能、承载能力和可靠性。在地震等自然灾害作用下，梁柱节点往往承受着复杂的应力状态，如弯矩、剪力和轴力的共同作用。如果节点设计不合理，很容易出现应力集中、焊缝开裂、节点破坏等问题，进而引发整个结构的倒塌，造成严重的人员伤亡和财产损失。

然而，传统的钢结构梁柱节点形式在面对复杂的受力工况时，暴露出了一些明显的缺陷。例如，在节点处由于构件截面的突然变化，容易产生应力集中现象，导致局部应力过高，降低了节点的承载能力和抗震性能；在地震作用下，传统节点的塑性变形能力有限，难以有效地耗散地震能量，容易引发结构的脆性破坏。因此，为了满足现代建筑结构对安全性、可靠性和经济性的要求，深入研究翼缘削弱型梁及梁柱节点的受力性能，揭示其受力机理，提出合理的设计方法和构造措施，具有重要的工程实际意义。

（二）国内外研究现状

国内外众多学者和研究机构对翼缘削弱型梁及梁柱节点的受力性能展开了广泛而深入的研究。在翼缘削弱型梁的研究方面，重点关注了不同截面形状（如矩形、工字形等）、削弱参数（削弱长度、削弱宽度、削弱深度等）以及材料强度等因素对梁受力性能的影响。研究结果表明，矩形截面削弱节点在一定程度上可以有效地缓解应力集中现象，使梁的受力更加均匀，提高梁的延性和耗能能力。

对于梁柱节点，研究主要集中在节点的破坏模式、承载能力、刚度、延性以及耗能性能等方面。通过试验研究和数值模拟分析，发现节点的受力性能与节点的构造形式、连接方式、螺栓布置等因素密切相关。例如，翼缘狗骨式削弱型节点通过对距离梁柱连接处一定距离的梁截面进行局部削弱，迫使塑性铰在梁上具有较大延性的部位形成，从而保护了节点焊缝区，符合“强柱弱梁、强节点弱构件”的设计思想，在工程应用中取得了较好的效果。

然而，现有研究仍存在一些不足之处。在翼缘削弱尺寸与材料强度的匹配关系方面，尚未形成系统的理论和设计方法，需要进一步深入研究以确定最优的设计参数组合，充分发挥翼缘削弱型梁及梁柱节点的性能优势。在复杂多工况（如循环荷载、冲击荷载等）作用下，节点的失效模式和破坏机理还不够明确，缺乏全面深入的认识，这对于准确评估节点在实际工程中的可靠性和安全性带来了困难。此外，对于弱轴方向连接节点的受力规律和性能特点，相关研究还相对较少，弱轴方向节点在结构中的作用和贡献尚未得到充分的揭示和重视，其设计方法和构造措施也有待进一步完善和优化。

二、翼缘削弱型梁的受力性能分析

（一）结构特性与受力机理

1.翼缘削弱构造形式

翼缘削弱型梁的核心在于通过对梁端翼缘进行特定的局部切削处理，从而改变梁的截面特性和受力性能。常见的翼缘削弱构造形式主要有弧形削弱和直线型削弱。弧形削弱通常采用在梁端翼缘处切削出一段圆弧形的缺口，这种方式能够使梁在受力时，应力分布更加均匀，有效地降低了应力集中程度。由于弧形的过渡较为平滑，使得塑性铰更容易在削弱区域内形成，并且塑性铰的发展也更为稳定，从而提高了梁的延性和耗能能力。

直线型削弱则是在梁端翼缘上切削出直线形状的削弱段，这种构造形式的优点是加工制作相对简单，施工成本较低。在实际应用中，直线型削弱可以根据具体的受力需求和设计要求，灵活调整削弱的长度和深度，以达到优化梁受力性能的目的。但直线型削弱在削弱段的端点处，应力集中现象相对弧形削弱会更为明显一些，因此在设计和应用时需要更加关注端点处的构造措施和应力分析。

通过这些翼缘削弱构造形式，在梁端形成了塑性铰外移区域。当结构受到荷载作用时，塑性铰不再首先在梁柱连接处出现，而是在翼缘削弱区域形成。这是因为翼缘削弱后，该区域的截面刚度降低，在相同的弯矩作用下，更容易产生较大的塑性变形，从而将塑性铰从梁柱连接处转移出来。这种塑性铰外移的设计理念，有效地避免了梁柱连接处由于应力集中和塑性变形过大而导致的脆性破坏，使得结构在破坏前能够经历较大的变形，消耗更多的能量，实现了“强柱弱梁