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埃菲尔钢结构分析：钢框架体系梁柱连接节点的形式

发布时间:2016-12-23 15:12:56 | 浏览次数：

1．概述

钢框架体系中，粱一柱连接节点起到传递弯距和剪力的作用，不但影响到结构承载力的可靠性，而且直接影响工程造价。自1885年美国兴建第一座高层钢结构建筑以来，梁柱连接经历了普通螺栓连接一铆钉连接一焊接连接一高强螺栓连接的发展过程。按照梁柱连接的转动刚度与连接构造之间的关系可将梁柱连接节点分为三类：
1．1 铰接(柔性连接)：分析、设计中假定为仅传递剪力，不传递弯距。通常视将梁的腹板与柱相连或梁端承托件连于柱的节点为铰接。

1．2 刚性连接：假定框架变形时梁柱没有相对转动，之间的夹角保持不变。包括全焊连接，栓焊连接，全栓连接等。在高层钢结构中，凡抵抗侧力的框架一般均采用刚接。

1．3 半刚性连接：转动刚度介于铰接和刚接之间的连接形式。

2、节点改进形式
1994年美国Northridge地震和1995年日本Kobe地震中焊接梁柱刚性节点出现大量脆断现象且破坏位置主要集中在梁翼缘与柱连接的焊缝处。美、日学者在地震后进行调查、试验研究的基础上指出了影响节点承载力和延性的三个主要因素：焊接金属的断裂韧性，焊接孔的尺寸形状，节点板的变形控制。各国学者对此进一步的研究提出了若干改造节点延性的措施，主要包括：

2．1改进节点区焊接孔构造形式，缓解局部应力集中。可有效的增强节点的延性，而且对节点区的承载力影响较小，制作工艺与传统节点基本相同。

2．2通过加腋(或加盖板)提高节点承载力。加腋节点是在节点部位梁的下面加上三角形粱腋，以增加节点处的有效高度，迫使塑性铰在节点区域外形成，减少梁下翼缘处对接焊缝的应力。

2．3对梁截面局部削弱，使塑性铰从节点区移至梁上，称为“狗骨式节点。其特点是在梁的上下翼缘靠近节点处进行削弱，通过削弱梁来保护节点，迫使强震作用下塑性铰偏离脆弱的节点焊缝，出现在具有很大延性的梁上。

节点主要改进形式

3 节点设计要求

由于全焊式或栓焊式梁柱节点的易于制作及经济性，目前最常用的钢框架体系连接方式仍是焊接和高强螺栓连接。国内外对现有刚性节点的改造也大多是针对普通节点塑性区小的缺陷。因此在梁柱连接节点设计中，必须切实作到。强节点弱构杆，实现延性设计，充分发挥钢材的塑性：

3．1 弹性阶段，梁柱连接处的抗弯能力必须大于框架梁的抗弯能力，防止受大震作用时因梁柱连接处可能存在的某些缺陷导致框架横梁在尚未出现塑性铰之前，节点过早的发生脆性破坏。

3．2 弹塑性阶段，必须控制塑性铰产生的位置，使塑性铰出现在连接节点区之外，以达到耗散地震能量的目的。

4．结语

传统的钢框架分析和设计中，—般假定梁柱节点是完全的刚接或理想的铰接。但从M一中关系模型可以看出，真实结构应为半刚性连接：既可以传递一定的弯距，又会在梁柱之间产生一个相对转角。在我国，由于技术水平的限制，刚性节点在很多情况下不能达到设计要求，存在着大量的工程隐患。因此应提倡在设计中即采用半刚性连接设计。典型的半刚性节点有单腹板连接、双腹板连接，齐平端板连接、矮端板连接、延伸端板连接，顶底角钢连接、顶底角钢腹板双角钢连接和短T

型钢连接。对地震荷载而言，半刚性节点变形大、韧性好，具有较强的耗能能力。同时还可以减少斜撑的数量及节点用钢量，是理想的钢框架梁柱节点形

丰刚性连接的主要形式

我国“十五期间建筑钢结构的发展目标，是争取达到建筑钢结构用钢材占全国钢材总产量的3％，解决框架体系中梁柱节点的设计问题，对于大力发展建筑钢结构具有重大而深远的意义。目前国内对半刚性连接的研究方面尚处于起步阶段，使得半刚性连接虽然具有很多优点但并未大规模推广应用。为满足国内需求并缩短与欧美等国在钢结构技术上的差距，应逐步实现以下几个方面①通过大量试验研究明确各组成部分与节点整体性能之间关系；②半刚性连接的柔性和几何非线性对框架的内力分布的影响；③权威机构颁布的半刚性节点设计方法；④适用于半刚性设计方法的成熟的计算机软件。

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