浅析钢节点构造对受力性能的影响

江卓林

（湖北腾飞人才股份有限公司广州分公司，广东广州 510000）

0 引言

钢结构因为他轻质高强的特质在一些大跨度，超高层的结构中运用广泛，而在地震区去，需要房建结构拥有良好的延性从而满足要求。

学者们通过对于之前的处于震害的房屋进行研究，发现倒塌的房屋在梁柱节点部分并未出现连接破坏，更多的是发生在焊缝处发生的脆性破坏。针对这一特点，对于钢框架节点的研究便形成了如何将脆性破坏转换成延性破坏。其长期研究形成以下两个方面：一方面是通过对节点的局部构造进行设计加工，这是从研究材料微观机理的层面开展，其主要研究方向是对断裂力学的裂纹进行研究。另一方面是利用控制塑性铰位置来改善钢框架结构延性的做法，通常的做法有加强型节点和削弱型节点。而在设计构造中主要也是考虑塑性铰外移的特点，本文也是探讨这一领域的问题。

1 节点设计

1.1 “削弱型”构造形式

顾名思义，这种节点的构造形式就是对梁端节点附近的梁端进行局部削弱，常见的形式主要是“狗骨式”和”开孔式”。狗骨式节点一般是对节点处梁端翼缘进行局部削弱，开孔式节点则是在梁腹板处进行开孔处理，开孔处理的方式还可以方便管线穿越，增强了其使用性能。

1.2 “加强型”构造形式

加强型节点的构造措施，主要是对于翼缘进行局部补强，比如加盖板，阔宽翼缘，加肋板等措施，其主要目的是加强局部节点的承载力，迫使塑性铰外移。

1.3 构造原理

以上的两个主要节点的设计原理均是以塑性铰外移，从而保护节点连接处的受力性能。不同的时，“加强型”节点是以加大节点附近的承载力来迫使塑性铰产生外移，而“削弱型”节点是通过在距离梁柱节点处一定距离的位置对于梁腹板或梁翼缘进行削弱从而能使得局部承载力降低，达到塑性铰外移的效果。

这两种节点其本质是都是通过节点区域的构造措施，使得塑性铰外移，不过两者节点各有利弊，加强型节点的延性会因为盖板的加强，受到减小，削弱型节点的承载力会随着节点的削弱程度增加而下降。

2 研究进展

针对以上问题，学者们将两种节点结合起来，形成“加强削弱并用型”节点，通过调节节点局部构造的参数，使得节点在满足承载力要求的情况下，同时保持一定的延性。

哈尔滨工业大学的沈世钊教授、王秀丽教授对于开孔式节点做了一系列的力学性能测试，并且辅以ANSYS有限元软件进行验证。通过对梁腹板的节点开孔的尺寸，开孔距离的大小的参数控制，得出了一个增强节点延性同时又保持节点承载力的的合理取值范围。通过图1可以看出，由于腹板开洞，翼缘中间位置形成了应力集中。而从图2的应力值分布情况来看，由于对腹板的局部削弱，也造成了应力集中的区域远离节点域。

图1 应力集中

图2 应力值分布

西安建筑科技大学的刁莉莉选择在翼缘部分采用开孔削弱的构造形式。当对这种构造形式的节点做了一系列有限元分析。当开孔的位置和尺寸选取合适时，节点的延性可以大大增加，并且承载力仅下降6%左右。并且对于削弱部分的地方进行局部补强，可以再保持原有延性的基础上提高承载力。如图3所示，在开孔处进行加焊强板，以及将圆孔改成部分椭圆型孔洞，因为椭圆形孔洞的应力集中小于圆形。从而也能降低局部应力集中。经过单次加载实验可以看出，其补强措施可以提高承载力。

图3 构造形式

3 改进节点还需改进的问题

3.1 尚未出现精确化的取值范围

（1）有限元建模过程中主要是体现出构造对于受力性能的影响，并没有真实的连接情况进行模拟，根据实际建模，从而让模型的连接性能，受力性能等等更加接近实际，从而使得有限元模拟的试验结果更加真实。

（2）本文只是控制了一个变量进行的对比分析，如果将变量扩大到两个或者两个以上，此时，参数的多方面影响依然值得继续探究。

3.2 缺乏实际工程依据

将来有条件可以针对具体的实际工程，建立几个实际的足尺模型，通过具体的现场试验对这种节点进行力学性能测试，再通过有限元软件的对比，使得结论更加贴合实际，更加具备应用意义。

3.3 节点形式构造可以更加丰富

加强的形式较多，本文只针对了在翼缘进行盖板加强的形式进行研究。可以分析扩翼缘加强，加肋板加强等多种形式的加强条件下，腹板开孔的情况。丰富加强与削弱并用节点的研究内容。

4 结语

通过之前的学者对于节点的一系列研究，可以发现对于节点进行局部的削弱和加强可以让塑性铰外移，从而达到延性增强的目的，对于节点构造的改进，不仅增加了节点的穿管等使用功能，同时可以使得施工是焊缝减少，提高施工质量的目的，是一种值得推荐的新型节点。