鋼框架梁端弧形削弱型抗震節點承載力分析

張樹軍，戴素娟，王沖

（1山東科技大學土木工程與建筑學院，山東 青島 266590；2.中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧 遼陽 111000）

0 前言

從美國北嶺地震到日本阪神地震，抗震研究人員發現傳統鋼結構梁柱節點并沒有形成良好的塑性鉸，而是由于應力集中，發生嚴重脆性破壞，對柱節點域造成損壞。[1]此后具有延性的新型抗震節點被提出，基于“強柱弱梁，強節點弱構件”的設計原則，一系列新型節點被廣泛應用于地震區，主要包括翼緣加強型節點和翼緣削弱型節點，使梁柱節點塑性鉸向梁內側外移，有效保護了節點域，從而增強了構件節點的延性和耗能能力，地震來臨時有效防止鋼結構房屋倒塌，減少建筑損壞和經濟損失。

1 梁翼緣削弱型節點類型

梁翼緣削弱型節點主要包括直線削弱型節點、弧形削弱型節點和錐形削弱型節點（見圖1）。一些學者對此作了詳細研究，并取得了相關研究成果，其中文獻[2]建議，梁端翼緣削弱型節點削弱參數取為 a=(0.50～0.75)bf，b=(0.65～0.85)hb，c=(0.20～0.25)bf，R=(4 c2+b2)/8 c。其中：a為削弱起點到柱翼緣距離；b為削弱區域的長度；c為削弱深度；R為弧形削弱半徑；bf為梁翼緣寬度；hb為梁高度。

弧形削弱型節點和錐形削弱型節點通過弧平面平穩過渡，可有效避免應力集中現象，而直線形削弱型節點在兩條直線相交處會出現嚴重應力集中，使構件產生脆性斷裂[3]。其中削弱型節點可取不同的削弱深度c，削弱深度的不同，對截面抗彎承載力產生的影響也不同，分析不同削弱深度，對認識梁端翼緣削弱截面承載力變化有重要意義。本文將結合工程實例，針對不同削弱深度c，分析弧形削弱節點截面承載力。

圖1 梁翼緣削弱型節點

圖2 梁截面尺寸（mm）

圖3 各截面抗彎承載力值

2 弧形節點截面承載力分析

本文以某鋼框架工程中梁節點為研究對象，進行弧形半徑為R的圓弧型削弱節點截面承載力分析。具體數據：Q 235 B的型鋼梁，梁截面尺寸為H N 400×200×8×13。跨度為4.5 m，梁與柱采用全熔透焊縫，坡腳為35°，梁抗彎強度設計值為f=215 N/m m2。梁翼緣弧形削弱參數取值見表1。

弧形消弱型節點參數尺寸（mm） 表1

3-3截面為翼緣圓弧型削弱部分的截面，由幾何關系可得削弱深度

同理可得圖1（a）中各截面抗彎承載力值，見表2。

截面抗彎承載力值（c=40mm） 表2

當弧形削弱深度取c=0.25，即c=50 m m時各截面抗彎承載力值，見表3。

截面抗彎承載力值（c=50mm） 表3

將表2、表3的結果用曲線（見圖3）表示。

由圖3可知，當c=50 m m時削弱截面承載力比c=40 m m低，削弱深度越大，梁削弱截面的抗彎承載力下降越多，4-4截面為最危險截面。弧形削弱節點可使梁柱塑性鉸外移，達到“強節點弱構件”的目的，有效保護了柱節點域，地震時可發揮良好的耗能能力，防止鋼結構房屋倒塌。

3 結論

本文分析結果表明：梁端弧形削弱型抗震節點使削弱截面的承載力降低，其承載力的降低隨削弱深度c的增加而加大，驗證了已有的研究結論。弧形削弱型節點使梁柱節點塑性鉸外移，節點具有良好的延性，抗震效果良好，建議梁柱抗震節點設計時，合理選擇翼緣削弱深度，避免對截面承載力和剛度削弱過大，影響構件穩定性。

[1] 王燕.鋼結構新型延性節點的抗震設計理論及其應用[M].北京：科學出版社,2012.

[2] 蔡益燕.考慮塑性鉸外移的鋼框架梁柱連接設計[J].建筑結構,2004（2）.

[3] 王燕.鋼框架塑性鉸外移新型節點的研究與進展[J].青島理工大學學報,2006(3).

[4]GB50017-2003,鋼結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2003.