盖板加强型狗骨式节点力学性能研究

唐磊 李启明

摘 要：现阶段钢节点的设计思路主要有两种，加强型或者削弱型设计。本文对这种新型节点（以下称为盖板加强型狗骨式节点）的力学性能进行了研究。研究结果表明，梁翼缘削弱深度、梁翼缘削弱长度对该节点力学性能影响显著，随着梁翼缘削弱深度的加大，节点的承载力下降明显，但其延性与耗能能力有一定提高；梁翼缘削弱长度对节点的承载力有一定的影响，当削弱长度的增加时，节点的承载力与延性呈上升的趋势。

关键词：钢节点设计；力学性能；研究

地震的爆发难以预测，而且波及范围广，破坏性大，被称为群灾之首。而我国许多地方的人口密集，房屋抗震性能较差，一旦遭遇较大地震，损失都会十分惨重。因此，在我国对建筑结构抗震性能的研究具有特别重要的意义。

钢结构具有轻质高强、质地均匀、塑性和韧性好，制造与施工方便的特点，这些特点使其渐渐成为了建筑抗震设计的首选。当前，在厂房、桥梁，以及大型产业设备和建筑工程领域，钢结构被广泛采用。但另一方面，钢结构的抗震性能也并非毫无缺陷。在1994年发生于美国洛杉矶的北邻地震和1995年发生于日本神户的阪神地震中，钢结构梁柱焊接节点发生了严重的损坏，特别是节点域处的焊缝，许多都出现了脆性破坏。美国学者通过对地震中节点破坏情况的观察，提出了一些改进钢结构节点的方法，主要的策略就是让塑性铰外移。其设计方法主要分为两种：一种是对偏离柱表面一段距离的梁截面进行削弱；第二种就是对柱表面处的梁端截面进行加强。

《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》提出过一种新型的梁柱节点类型。该节点的设计思路就是在对钢节点梁翼缘削弱的同时，又利用盖板适当加强梁端，以达到节点在实现塑性铰外移的同时仍能保持较强的承载力与滞回性能的目的。该设计思路有一定的合理性，却很少有学者对其进行研究与应用。本文并利用ABAQUS有限元分析软件，分析了梁翼缘削弱深度以及削弱长度对该新型节点抗震性能的影响规律，为该节点在工程的应用提供一定的参考。

1 节点设计

梁柱尺寸的设计结合我国《建筑抗震设计规范》、《钢结构设计规范》、《高层民用建筑钢结构技术规程》的相关要求，钢柱截面统一选取为250250914mm2，柱高1800mm。梁截面为3001506.59mm2，梁长1500mm。盖板加强型狗骨式节点目前还没有相应的设计规范，在盖板与狗骨设计参数的取值上，参考美国规范FEMA-350进行设计。

2 材料参数

钢节点梁柱材料的简化计算模型选取弹性和弹塑性的三线性理想应力——应变曲线，如下图2.1所示。材料曲线的关键点数据如表2.1：

3 加载制度

本文采用梁段加载的加载方式，并参考美国AISC抗震规范选择以位移控制加载的加载方式进行加载，以节点域梁端的转角

4 结论

①在削弱深度小于0.1bf时，盖板加强型狗骨式节点未能实现塑性铰外移，而在削弱深度大于0.1bf时，各节点顺利实现了塑性铰外移。并且随着梁翼缘削弱深度的增加，节点的承载力下降明显，但其延性、耗能能力有一定增加。在进行节点设计时，建议削弱深度取值大于0.1bf。②节点的梁翼缘削弱长度对节点的破坏形态没有影响，但对节点的承载力以及延性影响较大。当狗骨削弱长度的增加時，节点的承载力与延性均呈上升的趋势。在不影响结构使用功能和美观的情况下，盖板狗骨式节点的盖板厚度削弱长度取值可以适当放长。