框架梁柱节点范文

框架梁柱节点范文（精选12篇）

框架梁柱节点 第1篇

被写入规范的梁和柱全焊连接节点作为具有较好延性性能的抗震结构予以推荐, 但发生在美国和日本的两次大地震中却暴露出这种节点的弱点, 大量框架梁柱连接节点处发生了脆性破坏, 梁端没有形成塑性铰, 裂缝多数出现在焊缝与柱的交界面处, 有的延伸到柱翼缘甚至腹板[3,4,5]。本文对节点进行有限元对比分析, 探讨节点区应力集中程度、耗能, 采用有限元分析方法对四种构造改进型节点抗震性能、极限承载力、刚度变化等方面进行分析。

1 节点传力机理

钢框架节点在地震作用下承受柱和框架梁传来的轴向力、弯矩、剪力和扭矩[4], 对于一般可简化为平面体系的框架结构, 扭矩的影响可以忽略不计;此外, 对于大多数连接来说, 轴向变形、剪切变形与转动变形相比都比较小。

2 有限元节点

2.1 材料特性参数

节点中所有材料的应力应变关系均采用理想弹塑性随动强化节点, 其中螺栓屈服强度为990 MPa, 极限强度为1 160 MPa, 其余杆件部分钢材的屈服强度为215 MPa, 钢材弹性模量取E=2.06×105 MPa, 泊松比0.3, 屈服准则采用von-Mises屈服准则, 强化准则采用双线性随动强化 (BKIN) 准则;采用10.9级M20摩擦型高强螺栓, 每个高强度螺栓的初始预拉力为155 kN, 各部分摩擦面抗滑移系数均取0.4。

2.2 节点细部构造

根据本文分析特点, 节点采用三维实体单元、接触单元、预拉伸单元;对梁柱构件、螺栓、角钢、加劲肋实体都用Solid45单元来建立节点;节点中的螺栓端板间存在大量的接触区, 采用Targe170单元和Conta174单元来模拟其表面接触面;螺栓预拉力采用Prets179单元来施加。具体细部构造见图1, 其中全焊接节点KJ-1, 栓焊连接节点KJ-2, 焊接梁柱加腋节点KJ-3, 焊接盖板节点KJ-4。

2.3 节点尺寸

四个节点梁柱尺寸完全相同, 梁长1 000 mm, 柱长1 500 mm;柱上相应梁上下翼缘部位加劲板厚8 mm, KJ-2等肢角钢厚8 mm, 肢长50 mm, 角钢长120 mm。依据文献[5], KJ-3腋板厚度取10 mm, 宽度100 mm, 高度150 mm, 倾角θ=45°;节点KJ-4盖板厚度10 mm, 宽与梁宽相同, 长度取100 mm。

2.4 约束条件和加载方式

采用柱上下两端面内节点位移全部进行约束的方式来模拟柱上下截面的刚接, 由圣维南原理可知, 这样模拟边界条件仅影响柱端部较小范围内应力分布, 而对所需重点研究的节点应力分布无影响, 为避免加载过程中梁端产生扭转, 将加载点加载方向的位移进行耦合, 这样会造成加载点局部应力集中, 但对重点分析的节点域部位力学性能影响不大。

在梁端进行低周往复加载, 小于120 kN时每次递增40 kN, 大于120 kN时每次递增20 kN, 直到节点破坏。

3 往复加载分析

3.1 承载力分析

从有限元计算结果看到节点KJ-3, KJ-4极限承载力比KJ-1, KJ-2提高很多, KJ-2比KJ-1向下承载力提高50%, 说明采用栓焊连接也可提高承载力, 这与以往的试验研究得到的结论相一致[1,2]。极限承载力的提高, 提高了结构的安全储备, 从而降低因偶然荷载作用可能导致的结构破坏的可能性。

3.2 梁上翼缘应力分析

如图2a) 所示为节点在往复加载到极限状态时, 应力沿梁上翼缘长度方向的分布情况。依据经典力学理论, 应力沿梁长度方向应呈单调递减, 可看到除KJ-3由于加腋板的存在, 使得其应力发生突变外, 其余节点均满足此种力学特征。KJ-2梁翼缘应力小于屈服强度未进入塑性状态, 说明在内力较大的梁柱交接处, 角钢可分担一部分荷载的传递, 减小外力对梁上下翼缘板的作用。如图2b) 所示为极限状态时, 应力沿梁上翼缘宽度方向分布情况, 可看到应力数值分布相对较为均匀, 应力数值相对较小。

4 抗震性能分析

4.1 滞回性能分析

图3给出了各个节点梁端荷载位移曲线, 由图3可知:1) 在开始的几个循环中, 节点处于弹性阶段, 刚度没有明显降低, 卸载曲线和加载曲线的弹性部分接近平行, 恢复滞后现象基本没有, 随着荷载的增加, 四种节点都是在荷载大约达到120 kN时曲线斜率明显降低, 说明开始由完全弹性进入弹塑性, 刚度退化, KJ-3和KJ-4节点表现出了饱满、稳定的滞回性能, 具有很好的耗能能力, KJ-1和KJ-2滞回性能相对较弱。2) KJ-3和KJ-4正向刚度小于反向刚度, 所以向下加载时梁悬臂端位移较大;还有每次循环加载都从向下加载开始, 导致产生向下的位移要由向上的荷载先弥合, 然后才能产生向上的位移, 从图3中也可看到向上刚度几乎没有退化, 荷载位移曲线基本为直线。3) KJ-4连接节点包络图面积最饱满, 表现出最好的延性, 说明采用该种节点构造时, 节点具有较好的耗能能力, 且梁端位移较大, 破坏前会给人以警示;节点域力学性能得到较好改善。

4.2 骨架曲线分析

由图4可知:1) KJ-1, KJ-2刚刚进入弹塑性状态就已经破坏;节点初始刚度很接近, 但可看到KJ-4比KJ-3刚度退化得要快些。2) 几个节点的屈服位移数值较为接近, 尤其是反向屈服时, 位移数值接近相等, 正向屈服位移值:KJ-3和KJ-4大于KJ-1和KJ-2的;极限位移值:KJ-4大于KJ-3的。

4.3 节点耗能能力及延性分析

耗能能力是评价结构抗震性能的重要指标。粘滞阻尼系数he可用来表达结构构件的耗能能力 (取每个节点最后一个完整的滞回环面积计算) ;位移延性系数反映结构、构件非线性变形能力, 是评价结构抗震性能的重要指标。

所有节点的等效粘滞阻尼系数和位移延性系数见表1, 等效粘滞阻尼系数值越大, 耗能能力越好, 由表1可知, 节点KJ-3, KJ-4具有较好耗能能力;加载到屈服状态后, 节点的延性较好, KJ-2, KJ-1次之, 这与骨架曲线的对比图结论相一致, 见图4。

5 结语

汶川地震中, 钢框架结构表现出较好的抗震能力, 但节点部位还是出现了不同程度的破坏, 更加证明了节点是框架结构设计的重要环节。1) 改进后节点抗震性能较好, 滞回环饱满, 在强震时表现出较好的耗能能力。2) 改进后节点极限承载力明显高于KJ-1, KJ-2, 在承载力极限状态时, 梁发生较明显的塑性变形, 破坏时塑性铰外移出节点域, 从而避免了节点的脆性破坏。

参考文献

[1]郭秉山.钢框架梁柱腹板连接在循环荷载作用下的滞回性能和抗震对策研究[D].西安:西安建筑科技大学, 2004.

[2]褚云朋, 许立英, 张玲玲.门式刚架新型节点力学性能分析[J].西南科技大学学报, 2008, 23 (1) :1-7.

[3]William E.Gates, Manuel Morden.Professional Structural En-gineering Experience Related to Welded Steel Moment FramesFollowing the Northridge Earthquake[J].The Structural De-sign of Tall Buildings.1996, 5 (3) :29-44.

[4]P.Maranian.Vulnerability of Existing Steel Framed BuildingsFollowingthe 1994 Northridge (California, USA) Earthquake:Considerations for Their Repair and Strengthening[J].TheStructural Engineer.1997, 75 (10) :34-35.

[5]王万祯.钢框架栓焊刚性连接的滞回性能、破坏机理及抗震设计建议[D].西安:西安建筑科技大学, 2002.

框架梁柱节点 第2篇

关键词：钢结构；钢框架结构；梁柱节点；连接设计；建筑设计

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

梁柱节点的连接设计方法对于建筑物的安全起着十分重要的关键性作用，梁柱结点既是梁与梁交叉的受力结点也是梁与柱连接的受力结点，这个结点既是钢框架结构中的受力枢纽也是钢框架结构中的传力枢纽。梁柱节点在传统上一般采用螺栓锁紧、焊接、螺焊混合等连接方法。概述

钢框架结构在重量、韧性、安装周期、规模化生产、操作简易便捷等方面都优于钢筋混凝土框架结构框架，而且使用寿命也要长出许多，并且由于钢结构的坚固性与构件连接的多种选择性使得整座建筑的抗震性能与美观性方面都得到了加强。正是由于上述的这些优点，钢框架结构在近年来得到了长足的发展。梁柱节点是钢结构框设计之中的一个留给设计人员的最难抉择的关键点，几乎每一位设计师在处理这个关键部位时都会深思熟虑一番，因为梁柱节点是钢框架结构工程设计成败的关键所在。钢结构框梁柱节点可以采用的连接方式为下述几种：

1.1 刚性连接

这种连接方式可以获得最高的强度与刚度；

1.2 铰接连接

这种连接方式可以获得最大的柔性；

1.3 半刚性连接

这种连接方式所获得的刚性与柔性均介于上述两者之间。国内外的许多建筑工程专家们仍然在继续着对梁柱节点连接设计的研究与探索，相信在不远的将来更好的连接方法，更快速的施工方式都将随着新的创意、新的材料的出现而出现。在我国目前的建筑设计来看，无论是工业建、构筑物还是商业建筑物，抑或是民用建筑都越来越多的开始倾向于采用钢结构的半刚性连接，具体选择何种结构这是由其综合评估方面的考量所决定的。在实际施工过程中，采用半刚性接的方式可以大大加快施工进程，并且在施工过程中还省去了焊接的操作，铰接的连接方式也提高了构件标准化的进程。工商业建筑的刚性连接是考虑到所受的荷载较大。各种连接形式特点

上述的三种连接方式各有其特点，但是这些连接形式最终还要归结为下述的连接方法：

2.1 普通螺栓及高强度螺栓连接

2.1.1 普通螺栓

钢结构连接用的螺栓共分为 10 余个等级，分别为 3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9 等级。等级在 8.8 级及以上的螺栓称为高强度螺栓，因为其制造材质为低碳合金钢或者是经过热处理过的中碳钢。在钢结构梁柱连接中较少使用 8.8 级以下的普通螺栓，绝大多数情况下都采用高强度螺栓以保证关键连接部位的安全可靠。

2.1.2 高强度螺栓

1）高强度螺栓种类。性能等级在 8.8 至 12.9 之间的高强度螺栓连接一般有两种形式：一种是通常用于 10.9 级及以上强度中的扭剪型高强度螺栓连接，另一种是大六角头高强度螺栓连接。在使用大六角头高强度螺栓连接时经常会出现施工人员安反垫圈的情况，这样就使得垫圈不但起不到紧固的作用反而会产生相反的松扣的作用了，正确的安装是有倒角侧朝向螺头。2）抗剪连接螺栓。在钢框架结构的梁柱节点连接中，高强度螺栓因其动力荷载的承受力、摩擦承压抗剪与耐疲劳等优良特性而得到了广泛的应用。根据高强度螺栓的抗剪性能的特性不同可划分为下述两种：a.摩擦型高强度螺栓。摩擦型的高强度螺栓是依靠其预拉力以提高梁柱之间的压力以对抗梁柱之间的分离的拉力产生的滑移。摩擦型的高强度螺栓承受剪力时，只是以其摩擦力对抗滑移。在实际的测试实验过程中，摩擦型高强高螺栓要求其抗滑移系数必须大于或等于其设计值。b.承压型高强度螺栓。承压型高强度螺栓是依靠其侧壁的压应力抵抗来自梁柱的剪力。承压型高强度螺栓与摩擦型高强度螺栓的最大不同就是承压型高强度螺栓允许剪力超过其摩擦力，当剪力超过其摩擦力致使接接件之间产生了滑移以后，螺栓杆与孔壁相接触，这时候承压型的特性就显现出来，螺栓与杆身的抗剪就是其区别于摩擦型的最大特点。

2.2 摩擦型高强度螺栓与焊缝形成的混合连接这种连接应注意以下几点：

1）焊缝的破坏强度高于高强螺栓连接的抗滑极限强度，其比值宜控制在 1～3 之间；2）不能用于需要验算疲劳的连接中；3）其施工顺序，应根据板件的厚度，施焊时能否采取反变形措施等具体条件分析决定，一般采用先栓后焊的方式，此时高强度螺栓的强度应计及焊接影响，作一定的折减；当采用先焊后栓且板间又不夹紧时，宜采用大直径螺栓，并需将螺栓的抗剪承载力设计值乘以折减系数；4）在静力荷载作用下，摩擦型高强度螺栓可以和侧角焊缝共同作用。在直接承受动荷载作用的连接中，则不能用这种连接，施工时一般采用先栓后焊的程序，并在设计中考虑温度影响将高强度螺栓的预拉力予以适当折减；5）能共同工作的混合连接，其总承载力可按不同连接方式承载力的总和考虑。

2.3 全焊型连接

全焊型连接时疲劳敏感，焊接结构的低温冷脆问题比较突出，产生焊接残余应力和变形，对结构工作产生不利影响，除因受力复杂，接头刚度大或施焊不便的安装接头不宜采用焊接外，可广泛用于工业与民用建筑钢结构中。

全焊型梁柱连接的优点及施工时注意事项试验结果表明，全焊型梁柱连接的滞回性能好于栓焊型混合连接，具有较好的塑性变形能力。在全焊型梁柱连接中，设计时应注意选择合适厚度的节点板。节点板太强，不仅浪费材料，也不能充分利用节点域的变形能力耗散地震能量；相反节点板太弱的梁柱连接虽然能发展相当大的塑性变形，但由于梁翼缘难以形成塑性，也限制了节点的耗能能力。同时，节点域的塑性转动过大会增加框架的水平位移，对框架的整体受力不利。在这种连接中，梁上、下盖板边缘加工后与柱采用对接焊缝连接，盖板与梁的连接采用角焊缝，梁腹板与柱连接通过钢板或角钢而连在一起，钢板或角钢与梁腹板采用角焊缝连接，钢板或角钢与柱采用对接焊缝连接。在施工时应保证对接焊缝的质量，对接焊缝必须焊透，梁上、下翼缘、盖板与柱对接焊缝的质量对梁柱刚性连接的滞回性能有很大的影响。特别是焊缝与柱翼缘的连接面应注意除油除漆，合理安排施工顺序。刚性连接的种类欧美及我国广泛采用的梁柱刚性连接又可分为三类

3.1 梁端与柱的连接全部采用焊接连接。

3.2 梁翼缘与柱的连接采用焊接连接，梁腹板与柱的连接采用摩擦型高强螺栓连接。

3.3 梁端与柱的连接采用普通形连接件的高强螺栓连接。提高框架梁柱节点抗震性能的措施

地震区的刚性连接节点设计要满足多遇地震下弹性状态的承载力要求和罕遇地震下弹塑性状态的承载力和变形要求。根据钢框架强柱弱梁的抗震设计原则，按照有效控制梁上塑性铰位置的思路，采用在梁腹板进行开孔削弱的节点形式促成塑性铰的形成。

结束语

螺栓与焊接是较为常用的梁柱连接方法，新的技术也在不断涌现。目前国外正在研究一种较为先进的类似卡榫结构与螺栓焊接融合的连接方法，这种连接方法不仅梁柱连接处的接触面积加大更有利于力的传导，而且由于兼用了螺栓与焊接的方法使得连接更加有保障，并且还避免了传统的螺栓连接因连接处螺栓断裂、连接头断裂等出现事故的情况。即使螺栓与焊接过程都出现问题，这种卡榫结构仍然会牢牢地将梁柱连接在一起，当然了，这种结构也需要螺栓与焊接手段对其进行最终加固。

参考文献：

[1]郭猛 涂远军 框架结构梁柱节点区优化施工设计 [期刊论文] 《施工技术》 ISTIC PKU-2007年6期

[2]郭佳齐 高层建筑框架结构梁柱节点施工技术 [期刊论文] 《城市建设理论研究（电子版）》-2012年17期

浅谈框架结构梁柱节点的施工技术 第3篇

关键词框架结构梁;节点箍筋;模板

中图分类号TU 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0084-01

在建筑工程施工中,框架结构的节点是联系整个结构体系的枢纽,如框架的梁柱交汇点、剪力墙结构的暗梁与柱的交汇点等。节点承受由梁端和柱端传递来的轴力、弯矩和剪力,受它们共同作用且受力状态比较复杂。因此节点要求具有足够的强度,以抵抗相邻构件承。

1节点区的钢筋绑扎

工程实践中最常见的框架梁柱施工做法有两种:一种是将每层柱包括柱身、加密区和节点区的箍筋一次性全部按要求绑扎好,然后装柱模板,在梁底下5～10cm处留施工缝浇灌柱混凝土,柱侧模拆除后接着装柱头节点模板和梁底模(或者包括梁一边侧模),然后绑扎框架梁钢筋。这种做法节点箍筋由于影响了柱砼的浇灌作业,混凝土施工人员往往不得不解开扎丝,从侧面敲打已绑好的节点箍筋以打开一个大口子让混凝土比较顺利地流入柱内。这样一来,节点区的箍筋就被打乱了,要恢复原状很不容易,而且要多费工时。在浇灌柱混凝土时部分钢筋还可能会被水泥浆污染,影响与混凝土的粘结。此外,节点区箍筋绑扎好后再穿梁底筋将会很麻烦,尤其是穿带弯钩(如在边支座)的底筋十分困难。这时钢筋工又不得不敲打已绑好的节点箍筋,甚至会擅自烧断弯钩,造成纵筋的锚固不够。另一种是用所谓“沉梁法”绑扎框架梁钢筋,即在绑扎柱箍时留下节点区箍筋不绑,等木工将节点模板、梁模板和楼板底模都安装好后,再在楼面上绑扎梁钢筋,绑完后拆除临时支架将梁钢筋骨架落到梁模内。这种做法的缺陷是很容易漏掉节点区的柱箍筋,即使放了柱箍筋也往往是无法绑扎、数量不足、间距不分又难以调整。在实践中,也有些项目提出采取过改进的办法,即在箍筋四个角设导筋,将节点区箍筋按要求间距绑在导筋上固定成短钢筋笼,然后再随梁骨架沉入模板内。或者采用两个“U”形开口箍套叠,再焊成封闭箍。实际上,只要先把模板都安装好了再沉梁,无论是使用导筋还是“U”形开口箍,都难以很好的解决问题,尤其是高层建筑当柱较大采用的是比较复杂的复合箍筋时,就根本不能做到满足设计及规范要求。

2梁柱节点的模板施工

2.1工具式定制节点模板的改进技术

高层建筑框架梁柱节点的模板支设也是施工中的一个重点工作。梁柱节点模板若在现场散支散拼,易出现尺寸偏差大、表面平整度差、拼缝不严等问题。若拆除再重装往往又十分麻烦,不便于进行节点内的杂物清理工作和节点钢筋的调整处理。所以结合节点摘筋的绑扎顺序,在装梁底模、穿梁底筋再绑扎节点箍筋后才安装节点摸板,框架梁宽度范围以外(框架梁端头梁底以下的节点模板作为梁底模的支承在装梁底模时已一起安装)的节点模板采用工具式定制棋板的改进做法。其具体要点如下:①在弄清每个节点处的梁柱、楼板的几何尺寸及相互位置关系后.对节点进行分类编号。②根据各个编号节点的相关几何数据确定节点模板的制作方案。矩形节点框架梁宽度范围以外的棋板一般由四个侧面的各一至两片矩形板组成,模板下部与柱的搭接长度应取40cm便于固定。结合节点模板的组合方式确定每片模板的具体尺寸并编号后,绘制出各节点的模板制作图。③安排熟练木工,根据各节点的模板制作图预制节点工具式模板,并做好相应的标识。模板可用18mm厚的优质夹板制作,用40mm×50mm(柱截面大于l000mm时可用50mm×100mm)木杭做背楞,背楞间距不超过300mm。装模专用的夹具也应预先加工好,矩形柱采用钢管夹具,圆形柱采用扁铁圆箍夹具,紧固对拉螺栓采用12圆钢。④随施工进度,现场安装节点模板。先用铁钉将相应的模板在柱身初步固定,检查安装标高和垂直度,调整合适后安装夹具并初步收紧螺栓,复查无误后再用力收紧螺栓完成安装。除此之外,视情况可将节点模板与梁板模连结加固。采用工具式定制节点模板体系,节点模板一般可以周转使用10次左右,这样可节省材料和人工和;提前制作,又可节省现场作业时间,加快进度;工具式定制模板尺寸准确、接驳垂直、拼缝严密、不易变形,质量比较有保障,可减少或杜绝节点装模的通病;而且,模板装拆比较灵活简便,配合了节点箍筋的绑扎。

2.2节点模板的排水措施

通常框架柱顶混凝土的施工缝设在梁的底面,此处柱顶模板应留20排水孔,同时柱顶施工缝处的混凝土应现浇成斜向排水孔的倾斜面以便于排水,在浇筑节点混凝土之前应将排水孔堵塞,这样可避免由于柱顶积水造成的节点施工缝处混凝土强度的削弱。

3节点区的混凝土浇灌

框架梁柱节点作为梁的支座本身属于柱的一部分,因此节点混凝土强度等级应与柱相同。在工程实践中,多层框架设计一般都取梁板混凝土与柱混凝土强度等级相同;若原设计图纸上标明的柱与梁板混凝土强度差值小于5MPa,一般也会在图纸会审时将梁板混凝土强度等级改为与柱相同。这种情况的节点区混凝土施工只需与梁板一起浇筑并注意振捣密实即可。

1)节点区混凝土与梁板的混凝土应连续浇筑,不得将高低强度等级混凝土交界处留成施工缝或出现冷缝。2)应确定合理的混凝土配合比,严格控制施工配料,并在现场测控混凝土坍落度,且加强对混凝土的养护工作,以防止梁端高低等级混凝土交界附近出现混凝土收缩裂缝。节点区高强度等级的混凝土宜采用坍落度比较小的非泵送混凝土配合比,使用塔吊运输,可减少水泥用量和用水量,降低砂率,从而减小混凝土的收缩量。节点和梁的混凝土浇筑宜采用二次振捣法,以增强混凝土的密实性,减少收缩。

4防止梁柱节点处裂缝的措施

1)要求混凝土搅拌厂调整配合比设计,在满足强度等级及可泵性的条件下,对柱子混凝土减少水泥用量、减少含砂率、减少用水量、减少坍落度、增加石子含量,并对粉煤灰和外加剂的用量也需作相应的调整。2)节点处的混凝土应实行“先高后低”的浇捣原则。即先浇强度等级混凝土,后浇低强度等级混凝土,严格控制先浇柱混凝土初凝前继续浇捣梁板的混凝土,事先做好技术交底和准备工作。3)梁板的混凝土宜采用二次振捣法,即在混凝土初凝前再振捣一次,增强高低强度等级混凝土交接面的密實性,减少收缩。4)在产生裂缝相对较多的梁的侧面,应增加水平构造钢筋,提高梁的抗裂性。5)严格控制混凝土拌合物的坍落度,节点核心区柱子部位混凝土采用塔吊输送,以期降低坍落度。在现场,对每车混凝土都应进行坍落度检测。6)加强混凝土的养护工作,特别是梁。除了板面浇水外,还应在板下梁侧浇水,在满堂承重脚手架未拆除之前,可以用高压水枪对梁进行浇水养护,并推迟梁侧模的拆模时间。

高层建筑的框架结构节点处,经常会出现柱混凝土强度等级比同一层梁板高的情况,通常的施工方法是先浇节点处混凝土强度等级高的核心部分,然后于初凝前再浇梁板混凝土。只要采取的针对性措施到位,并精心施工,梁柱节点高低强度等级混凝土交界处附近的裂缝现象完全可以得到避免。

5结束语

框架结构梁柱节点的施工质量至关重要,应该提高对框架节点重要性的认识,采取合理的施工技术措施,进行有效的施工过程质量控制.确保施工质量能达到设计及规范的要求。

参考文献

[1]林经光.高层建筑框架结构梁柱节点施工技术.2009.

[2]刘洋.框架结构梁柱节点的施工.2009.

削弱型钢框架梁柱节点研究现状 第4篇

关键词：梁柱节点,狗骨式节点,腹板开圆孔型节点

0 引言

1994年美国Northridge地震和1995年日本Kobe地震的震害调查表明:在强震作用下, 钢框架结构在钢材屈服前, 其梁柱连接焊缝处即产生了大量的脆性裂缝, 钢材良好的延性并没有发挥出来[1,2]。对于一般等截面框架梁, 结构在强震作用下, 梁端梁柱连接处会率先屈服, 为了保证钢框架结构的延性, 该处应该有较强的塑性变形能力。显然, 传统的梁柱节点构造并不一定能满足这些要求。在钢框架的抗震设计中, 防止脆性断裂是首先必须解决的问题。改进局部构造措施, 使之更便于工人施焊;严格控制焊接工艺操作, 减少梁柱连接缺陷, 是预防钢框架结构脆性破坏的有效途径, 然而这并不能降低梁柱连接抗震性能对焊缝质量的敏感性。为了从根本上解决脆性断裂的问题, 应该把握住“钢框架的设计应确保塑性铰在且仅在梁上出现”的原则, 充分发挥钢框架的延性。

1 钢框架延性节点类型

设计新型延性节点是实现延性框架的主要措施, 具体的改进方法主要有加强型节点和削弱型节点两类。

加强型节点的设计思想是通过增加节点连接件 (如盖板、腋梁等) 使节点的强度比构件更高 (见图1) , 令构件较节点先进入塑性;削弱型节点的设计思想是通过对距离梁柱连接节点根部一定距离的梁截面进行局部削弱 (见图2) , 迫使塑性铰出现在梁上, 即通过削弱梁来保护节点。

加强型节点增强节点强度的同时也增加了节点区域的焊缝, 会使节点区域出现脆性断裂的可能性增加, 为了降低这种可能性需要显著提高施焊质量, 这对现场施工条件及工人的技术水平提出了更高的要求, 对于我国目前的施工水平而言显然具有一定的难度。 削弱型节点是从延性角度出发设计的节点形式, 试验研究表明这种设计具有优秀的抗震性能, 并且不增加施工的难度, 更具发展潜力。

2 削弱型梁柱节点研究进展

目前主要研究的削弱型节点可分为两类:狗骨式节点和腹板开圆孔型节点。

2.1 狗骨式节点 (翼缘削弱)

狗骨式节点 (Dog-bone) , 又称缩小梁截面节点 (Reduced Beam Section, RBS) , 是近些年研究最多的一种节点形式。这种节点最主要的特点就是在梁的上下翼缘靠近节点处进行了削弱。由于对梁截面进行了削弱, 最初人们认为狗骨式节点虽然能提高结构的延性, 但是会造成结构强度和刚度的显著降低。实际上, 这种由于梁的削弱所造成的结构刚度和强度的降低较小。试验研究表明:当梁翼缘被削弱掉50%时, 结构的刚度降低6%～7%左右;当梁翼缘被削弱掉40%时, 结构刚度降低4%～5%左右。

狗骨式节点根据削弱形状的不同可分为直线型、锥型和圆弧型三种 (如图3所示) 。研究表明三种不同类型狗骨式节点中, 直线型承载力低、应力集中明显, 工程中不宜采用;锥型节点承载力最高, 应力集中较轻, 但延性稍差;圆弧型承载力居中, 应力集中较轻, 延性较好。综合考虑, 圆弧型节点性能好, 施工简便, 值得进一步推广。

2.2 腹板开圆孔型节点 (腹板削弱)

腹板开圆孔型节点是在梁柱连接节点附近的梁腹板上开设一定尺寸的圆孔以对相应梁段进行削弱 (如图4所示) 。现代多高层钢结构房屋对室内净空高度有迫切要求, 设备管道从梁腹板上穿过是满足这一要求的有益尝试, 因此腹板开圆孔型节点较之狗骨式节点更具有研究价值。

美国的FEMA-350[6]和FEMA-355D[7]报告中曾提到过梁腹板开设圆孔的削弱型节点, 但并未给出其性能指标。

我国香港理工大学的K.F.Chung教授[8]曾对腹板开圆孔的钢梁进行了一定的研究, 但他的研究主要针对于由于功能要求而需开设圆孔的钢梁。他认为腹板开圆孔钢梁的主要破坏形式是腹板开孔截面处上下两个T形截面上出现四个塑性铰而形成“空腹梁机构” (Vierendeel Mechanism) , 如图5所示。

北京交通大学杨庆山教授对梁腹板开圆孔型钢框架节点进行了专门研究, 指出由于梁翼缘板参加抗剪, 使得削弱截面的抗剪能力并未随腹板削弱面积等比例的降低;腹板所开的圆孔半径R与圆孔中心距柱表面的水平距离b是梁腹板开圆孔型节点主要的设计参数, 这两个参数的取值应由梁根部与削弱最大截面的抗弯能力比和梁翼缘对腹板的约束要求两个因素来控制。梁腹板开孔后, 如果剩余宽度过小, 那么梁腹板难以对梁翼缘板提供有效的约束而会发生局部屈曲, 因此可以通过宽厚比限值确定腹板开孔的最大半径。进一步的数值分析表明R和b的确都存在限值, 当开孔半径R小于它的限值时, 塑性铰出现在梁根部, 当R大于限值时, 塑性铰发生跳跃移至开孔处;开孔圆心距柱翼缘距离b小于它的限值时, 塑性铰位置随着开孔位置的外移而外移, 基本上呈线性关系, 当b大于限值时, 梁根部的塑性应变发展超过开孔截面处塑性应变的发展, 构件塑性铰位置回到梁的根部。随后进行的12个试件的拟静力试验验证了这一结论。

文献[4][9]采用数值分析和试验研究的方法从构件层次说明了腹板开圆孔的削弱方式能够提高梁柱节点的抗震性能。

3 结语

传统的钢框架结构由于梁柱节点焊缝在强震作用下会发生脆性断裂, 并不能将钢材良好的延性性能发挥, 为了提高钢框架的抗震性能, 提出了狗骨式和腹板开圆孔型两种削弱式节点, 以实现延性钢框架。狗骨式节点 (翼缘削弱) 研究较多, 对其性能以及设计方法已有相关规定, 而腹板开圆孔型节点研究较少, 但由于它能够满足一些建筑功能要求, 较之狗骨式节点更具发展价值。

参考文献

[1]D.K.Miller.Lessons learned from the Northridge earthquake[J].Engineering Structures, 1998 (20) :249-260.

[2]E.P.Popov.Design of steel MRF connections before and after1994 Northridge earthquake[J].Engineering Structures, 1998 (20) :1030-1038.

[3]石永久.高层钢框架新型梁柱节点抗震性能试验研究[J].建筑结构学报, 2002, 23 (3) :2-7.

[4]杨尉彪.高层建筑钢结构梁柱节点试验研究[J].建筑结构, 2001, 31 (8) :3-8.

[5]杨庆山.梁腹板开圆孔的钢框架抗震节点[J].工程力学, 2004 (32) :15-23.

[6]FEMA-350.Recommended Seismic Design Criteria for New SteelMoment-Frame Buildings[R].2005.

[7]FEMA-355D.Post-Northridge Welded Flange Connections[R].2006.

[8]K.F.Chung.Investigation on Vierendeel mechanism in Steelbeams with circular web openings[J].Journal of Constructionalsteel Research, 2001 (57) :467-490.

梁柱节点计算书 第5篇

KL1-1、KL1-2与柱的连接

一、设计资料

节点形式：翼缘采用对接焊，腹板采用高强螺栓连接

其节点图见下图；

高强螺栓资料：

高强螺栓等级为：10.9级；

高强螺栓直径为：id=20mm；

根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中表7.2.2-2：

高强螺栓的预拉力为：P=155.0kN；

焊缝资料：

焊缝强度与母材等强，ftw=310

MPa

KL1-1：

高强螺栓几何位置信息：

高强螺栓总数为：

6个；

每排高强螺栓的数量为：

2个；

高强螺栓共有：3排；

各排高强螺栓离螺栓群形心的距离为：

x1=80.0mm=

.080m；

最外排高强螺栓到翼缘边的距离为：ef=50.0mm；

最外排高强螺栓到腹板边的距离为：ew=80.0mm；

KL1-1尺寸：

H350x200x6x8

KL1-2：

高强螺栓几何位置信息：

高强螺栓总数为：

10个；

每排高强螺栓的数量为：

2个；

高强螺栓共有：5排；

各排高强螺栓离螺栓群形心的距离为：

x1=80.0mm=

.080m；

x2=160.0mm=

.160m；

最外排高强螺栓到翼缘边的距离为：ef=50.0mm；

最外排高强螺栓到腹板边的距离为：ew=80.0mm；

KL1-2尺寸：

H500x240x6x10

二、内力设计值

根据主刚架计算书，可以查得本节点的最不利内力设计值为：

KL1-1：

弯距：M=

18.5kN*m；

轴力：N=

6.4kN；（压力）

剪力：V=

13.8kN；

KL1-2：

弯距：M=

72.4kN*m；

轴力：N=

11.6kN；（拉力）

剪力：V=

43.6kN；

弯矩图（kN*m）

轴力图（kN）

剪力图（kN）

三、节点验算

KL1-1：

本文按摩擦型高强螺栓计算；

本文根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中第7.2.2条计算：

单个螺栓的抗剪极限承载力为：

Nvb=0.9*nf*μ*P=0.9*0.45*155=62.775kN

对接焊缝强度验算：

考虑焊缝承受全部的弯矩：

σ=M/(h*bf*tf)=18.5*10^6/[(350-8)*200*8]=33.8MPa

MPa，满足

高强度螺栓摩擦型单剪连接：

考虑螺栓承受全部剪力，验算螺栓强度：

本节点设置2排6个高强螺栓，则腹板连接处螺栓能承受的剪力为：

Vmax=n*Nvb=3*62.775=188.3kN

V=13.8kN，满足

腹板净面积验算：

A0=

(350-2*8)*6-3*21.5*6=1617mm2

σ=V/A0=13.8*1000/1617=8.5MPa

MPa，满足

KL1-2：

本文按摩擦型高强螺栓计算；

本文根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中第7.2.2条计算：

单个螺栓的抗剪极限承载力为：

Nvb=0.9*nf*μ*P=0.9*0.45*155=62.775kN

对接焊缝强度验算：

考虑焊缝承受全部的弯矩：

σ=M/(h*bf*tf)=72.4*10^6/[(500-10)*240*10]=61.6MPa

MPa，满足

高强度螺栓摩擦型单剪连接：

考虑螺栓承受全部剪力，验算螺栓强度：

本节点设置2排10个高强螺栓，则腹板连接处螺栓能承受的剪力为：

Vmax=n*Nvb=5*62.775=313.9kN

V=43.6kN，满足

腹板净面积验算：

A0=

(500-2*10)*6-5*21.5*6=2235mm2

σ=V/A0=43.6*1000/2235=19.15MPa

MPa，满足

连接板设计资料：

连接板厚度为：t=16.0mm；

连接板宽度为：b=200.0mm；

梁柱翼缘宽度为：bf=180.0mm；

梁柱腹板厚度为：tw=

6.0mm；

连接板材料为：Q345B钢；

KL1、KL3与柱的连接

一、设计资料

节点形式：翼缘采用对接焊，腹板采用高强螺栓连接

其节点图见下图；

高强螺栓资料：

高强螺栓等级为：10.9级；

高强螺栓直径为：id=20mm；

根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中表7.2.2-2：

高强螺栓的预拉力为：P=155.0kN；

焊缝资料：

焊缝强度与母材等强，ftw=310

MPa

KL1：

高强螺栓几何位置信息：

高强螺栓总数为：

12个；

每排高强螺栓的数量为：

2个；

高强螺栓共有：6排；

各排高强螺栓离螺栓群形心的距离为：

x1=40.0mm=

.040m；

x2=120.0mm=

.0120m；

x3=200.0mm=

.200m；

最外排高强螺栓到翼缘边的距离为：ef=50.0mm；

最外排高强螺栓到腹板边的距离为：ew=140.0mm；

KL1尺寸：

H700x200x6x10

KL3：

高强螺栓几何位置信息：

高强螺栓总数为：

6个；

每排高强螺栓的数量为：

2个；

高强螺栓共有：3排；

各排高强螺栓离螺栓群形心的距离为：

x1=80.0mm=

.080m；

最外排高强螺栓到翼缘边的距离为：ef=50.0mm；

最外排高强螺栓到腹板边的距离为：ew=87.0mm；

KL3尺寸：

H350x200x6x8

二、内力设计值

根据主刚架计算书，可以查得本节点的最不利内力设计值为：

KL1：

弯距：M=

271.0kN*m；

轴力：N=

23.3kN；（拉力）

剪力：V=

147.0kN；

KL3：

弯距：M=

53.3kN*m；

轴力：N=

55.5kN；（压力）

剪力：V=

31.2kN；

弯矩图（kN*m）

剪力图（kN）

轴力图（kN）

三、节点验算

KL1：

本文按摩擦型高强螺栓计算；

本文根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中第7.2.2条计算：

单个螺栓的抗剪极限承载力为：

Nvb=0.9*nf*μ*P=0.9*0.45*155=62.775kN

对接焊缝强度验算：

考虑焊缝承受全部的弯矩：

σ=M/(h*bf*tf)=271.0*10^6/[(700-10)*200*10]=196.4MPa

MPa，满足

高强度螺栓摩擦型单剪连接：

考虑螺栓承受全部剪力，验算螺栓强度：

本节点设置2排12个高强螺栓，则腹板连接处螺栓能承受的剪力为：

Vmax=n*Nvb=6*62.775=313.9kN

V=147.0kN，满足

腹板净面积验算：

A0=

(700-2*10)*6-6*21.5*6=3306mm2

σ=V/A0=147.0*1000/3306=44.5MPa

MPa，满足

KL3：

本文按摩擦型高强螺栓计算；

本文根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中第7.2.2条计算：

单个螺栓的抗剪极限承载力为：

Nvb=0.9*nf*μ*P=0.9*0.45*155=62.775kN

对接焊缝强度验算：

考虑焊缝承受全部的弯矩：

σ=M/(h*bf*tf)=53.3*10^6/[(350-8)*200*8]=97.4MPa

MPa，满足

高强度螺栓摩擦型单剪连接：

考虑螺栓承受全部剪力，验算螺栓强度：

本节点设置2排6个高强螺栓，则腹板连接处螺栓能承受的剪力为：

Vmax=n*Nvb=3*62.775=188.3kN

V=31.2kN，满足

腹板净面积验算：

A0=

(350-2*8)*6-3*21.5*6=1617mm2

σ=V/A0=31.2*1000/1617=19.3MPa

MPa，满足

KL2与柱的连接

一、设计资料

节点形式：翼缘采用对接焊，腹板采用高强螺栓连接

其节点图见下图；

高强螺栓资料：

高强螺栓等级为：10.9级；

高强螺栓直径为：id=20mm；

根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中表7.2.2-2：

高强螺栓的预拉力为：P=155.0kN；

焊缝资料：

焊缝强度与母材等强，ftw=310

MPa

KL2：

高强螺栓几何位置信息：

高强螺栓总数为：

12个；

每排高强螺栓的数量为：

2个；

高强螺栓共有：6排；

各排高强螺栓离螺栓群形心的距离为：

x1=40.0mm=

.040m；

x2=120.0mm=

.0120m；

x3=200.0mm=

.200m；

最外排高强螺栓到翼缘边的距离为：ef=50.0mm；

最外排高强螺栓到腹板边的距离为：ew=140.0mm；

KL1尺寸：

H700x200x8x12

二、内力设计值

根据主刚架计算书，可以查得本节点的最不利内力设计值为：

KL2：（考虑连接点距轴线偏离500mm）

弯距：M=

388.0kN*m；

轴力：N=

47.6kN；（拉力）

剪力：V=

288.0kN；

弯矩图（kN*m）

剪力图（kN）

轴力图（kN）

三、节点验算

KL2：

本文按摩擦型高强螺栓计算；

本文根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中第7.2.2条计算：

单个螺栓的抗剪极限承载力为：

Nvb=0.9*nf*μ*P=0.9*0.45*155=62.775kN

对接焊缝强度验算：

考虑焊缝承受全部的弯矩：

σ=M/(h*bf*tf)=388.0*10^6/[(700-12)*200*12]=235.0MPa

MPa，满足

高强度螺栓摩擦型单剪连接：

考虑螺栓承受全部剪力，验算螺栓强度：

本节点设置2排12个高强螺栓，则腹板连接处螺栓能承受的剪力为：

Vmax=n*Nvb=6*62.775=313.9kN

V=147.0kN，满足

腹板净面积验算：

A0=

(700-2*12)*8-6*21.5*8=4376mm2

σ=V/A0=288.0*1000/4376=65.8MPa

MPa，满足

框架梁柱节点 第6篇

【关键词】高层建筑；框架梁柱；强度验算

通过对《高层建筑混凝土结构技术规程》的分析我们可以知道，该规程对我国框架梁柱节点区混凝土的设计和浇筑做了详细的说明。当柱混凝土的设计强度高于梁、楼板的设计强度时，就必须对梁柱节点混凝土施工采取相应的有效措施；高层建筑与不同强度的梁、柱的结构需要跟有关部门进行研究和商讨才能确定；设计人员在进行抗震功能的设计时，可以对一级、二级的框架的核心部分按照相关的规定进行抗震的验算；对三、四级框架节点以及各项抗震等级的顶端核心区，可以不进行验算。梁柱的节点如果比较多的情况下，必须要对其进行仔细的验算，并对其采取有效的措施，保证工程的稳定性。

一、高层建筑混凝土结构设计和施工中的现实题目

（一）在高层建筑的设计中，不仅要满足柱轴压比的要求，也要控制好柱截面的大小。所以柱子必须要采用高强度的混凝土制造。对于楼层梁板的抗弯承载能力，过高的混凝土强度的登记对其来说是不必要的。前者对于抗弯的承载能力是不必要的，后者对于构件的承受非荷载应力效果也不显著。所以针对这个情况，《高规》中对现浇框架梁的混凝土的强度做了明确的规定。我们可以看出，在高层建筑混凝土的结构中柱混凝土的设计强度要比梁板的设计强度高，随着建筑物的层数的增加，这两者的差距也会越来越大，但是这个区段主要还是存在于高层建筑物的下边的部分。

（二）从对我国高层建筑的分析来看，对混凝土的浇筑施工一般都是采用商品混凝土泵送技术，这种方法比较适用于竖向的构件和水平构件，施工人员可以分两批对其进行集中的浇筑。如果要对其中的梁柱节点进行单独的浇筑，应该先注意对其供给量和浇筑时间会不会导致施工质量的下降，对节点区和梁板之间的分隔也会产生一定的困难，所以施工的单位一般都不会大范围的采取这种方法。

二、受剪、受压验算规律

考虑到现场施工的操纵程序，同时又要满足规范中对节点核心区承载力的要求，我们列举数例对典型节点区的受剪、轴心受压、偏心受压进行计算（其过程附后）。通过验算可得出以下规律：（一）按《高规》附录C进行受剪抗震验算，即使柱梁混凝土强度等级相差20MPa，而节点区用楼盖混凝土强度等级浇注，其节点核心区截面的受剪承载力仍可以满足要求；（二）在偏心受压验算中，当梁板混凝土强度等级比柱低5MPa时，其受压强度可以满足要求；当两者的混凝土强度等级相差10MPa及以上时，其受压强度不满足要求；（三）当梁板比柱的混凝土强度等级低10MPa及以上而仍用梁混凝土浇注节点区，则对节点区必须采取措施。从偏心受压公式N≤0.9（fc A cor+f’y A’s+2αfy A sso）中的3项抗压数值来看，第1项即节点区截面混凝土抗压强度是不可变更的；第3项即箍筋提供的抗压强度所占的比例最小，且一般设计不可能改变节点区的配箍规格；第2项即节点区竖向钢筋提供的抗压强度所占比例较大，且若采用HRB400钢（fy=360N/mm2）来增加节点区的竖向配筋率则可明显进步其抗压强度。

三、施工措施

考虑到梁柱节点区需要处理的都在高层建筑的下部，该区段的柱主筋配率一般接近或略大于1%，因此根据以上规律可将节点区的施工措施回纳如下：

（一）当梁板与柱的混凝土强度等级仅相差5MPa时，节点区完全可以与楼盖一起浇注；（二）当梁板比柱的混凝土强度等级分别低于10MPa和15MPa时，节点区需增设竖向短筋，其数目分别为柱主筋配筋量的50%和100%；（三）当梁板比柱的混凝土的强度低于20MPa及以上时，增设节点区竖向短筋对于提高其节点的抗压性的方法已经不能达到效果，所以不能再采用这种方法。其原因是无法布筋、短筋的数目太大。这时候节点区应该采用与同等级的混凝土进行单独的浇筑，虽然施工的难度提高了，需要更为精准的组织措施，但是其所占的面积不大，可以采用。

偏心受压的计算公式中没有体现对整个节点的各个水平方向上强度的影响，而在实际的施工中这种影响确实很大的，特别是在中柱节点通常具有两向梁对其本身的约束能力比较显著。这正和抗剪验算的结果一样，在同等的条件里面中柱的抗剪承载力是边、角柱的一倍多。所以上述施工可以从边柱、角柱来看，如果是中柱的节点区可以适当的对梁柱混凝土强度的等级做一定的调整。这种方法是比较科学的，执行也比较方便。

四、混凝土强度等级的公道取值

梁柱节点区的强度验算和施工处理同时也涉及到高层建筑混凝土结构中竖向构件和水平构件混凝土强度等级的公道取值题目，其公道与否必须符合以下原则：（一）整个工程的竖向构件混凝土强度等级种类不宜太多，一般为8层左右变1个等级，且与竖向构件截面的变化错层同步；（二）水平构件的混凝土强度等级取值要符合规范要求，同时要与竖向构件相配搭，使施工处理简单化，尽量避免或减少节点区单独浇注混凝土。

分析以上高层建筑混凝土强度等级的配搭，对于30层高层建筑，节点区需要加短筋的仅为1/4楼层；对于40层高层建筑，则为3/5楼层；对于55层高层建筑，第1方案节点区需单独浇注混凝土的为2/7，节点加短筋的为3/7，第2方案节点区需单独浇注混凝土的1/4，节点加短筋的为1/2（后一方案的优点在于混凝土强度等级种类最少，仅有4种且为完整等级）。

五、经济分析

在经济指标方面，节点区加插短筋所增加的用钢量对于一个节点来说是微不足道的，假如摊销到整个工程则更是微乎其微。以8×8m柱网、柱截面bh=800×800，主筋配筋率为ρ=1%为例，则中柱、边柱、角柱单位面积所需的用钢量以及摊销到整个工程的用钢量如表2所示（摊销用钢量中，以中柱占2/6，边柱占3/6，角柱占1/6计）。

从分析中我们可以得知，节点区加插筋所增加的用钢量占整个工程用钢量的比例小至几乎可忽略不计，因此以消耗工地上一些预备弃用的边材废物而换取节点区浇注混凝土的方便，无论从哪个角度衡量都是值得的。当然，节点区加插短筋所花费的用度要比节点区采用柱混凝土强度等级单独浇注高一些，但正如前面所述，节点区混凝土单独浇注既存在很多困难，把握不好还会导致混凝土质量事故，因此采取在节点区加插短筋的做法来保证节点区的承载力无疑是一种简易且科学的方法，设计方和施工方肯定乐于采用，即使是投资方，如能从大处着眼也应该是能够接受的。

六、结论

综上所述，本文通过对高层建筑框架梁柱节点的施工难点的介绍，提出了对其进行强度验算和施工处理的办法。随着我国科学技术的不断进步，我国高层建筑施工中出现的问题难点，也会得到有效解决。所以要实现我国建筑水平的提高，就必须把对建筑施工中新技术的开发作为建筑研究的重点。

参考文献

[1]谭晖.人工挖孔桩施工质量监督要点[J].铜业工程，2007（04）

[2]李大浪，左菊林.矩形钢管混凝土柱在华龙国际大厦的应用[J].有色冶金设计与研究，2005（04）

[3]李秉仁.混凝土结构用钢使用现状发展趋势和建议[J].中国冶金，2000（03）

浅谈高层框架结构梁柱节点施工 第7篇

在建筑工程施工中.框架结构的节点是联系整个结构体系的枢纽, 如框架的梁柱交汇点、剪力墙结构的暗梁与柱的交汇点等。节点承受由梁端和柱端传递来的轴力、弯矩和剪力, 受它们共同作用且受力状态复杂。因此节点要求具有足够的强度, 以抵抗相邻构件承受的各种荷载.保证整个结构体系坚固和安全可靠。然而在实际工程中, 我们发现冈节点细部构造设计不细致, 施T不精心.容易给工程质量留下隐患。特别是框架结构节点在施工中发现的若干问题进行剖析

2 钢筋制作方面的问题

节点配筋构造主要包括节点区箍筋的设置及梁筋在节点区的锚固。箍筋对核心区混凝土具有约束作用, 对提高节点的抗剪强度起着重要作用箍筋间距越小, 对混凝土的约束作用就越大, 节点受剪承载力也越高, 尤其是地震区.节点区的箍筋必须加密, 有些设计人员通常只对柱端、梁端的箍筋加密, 而未对节点区作明确的标明。节点区有纵梁、横梁、柱的纵向钢筋三向交叉, 且钢筋密集, 配置箍筋存施工上有一定的难度。常用的施工方法是在支完梁板的模板后放入梁的钢筋骨架.再放节点箍筋。由于钢筋的安装绑扎难度较大.加上怕麻烦的心理, 因此经常出现不放或少放箍筋.或箍筋绑扎不牢等问题, 直接影响到混凝土结构的抗裂性能。因此, 节点区的箍筋可以考虑先按设计要求制成钢筋笼, 套入柱的纵向钢筋, 并绑扎或焊接牢固, 再放梁的钢筋, 以确保构件的抗裂性能:特别要注意做好对工人的技术质量交底, 严格按施工要求和规范进行安装绑扎。

在边柱节点上, 为了保证钢筋的锚固长度.梁钢筋须弯折插入节点区域, 设计人员往往只较重视其最小锚固长度在图纸上作出明确的规定, 而忽视了最小水平锚固长度及垂直锚固长度.因实际工程中水平锚固常能满足要求。如某9层楼, 在设计说明中规定最小锚固长度la=35d, 柱截面bh=80mmx6Omm, d=25mm, 则最小锚固值la=3525=875n111, 其水平段K度为lh=775mm>O.45la这样就容易使垂直钢筋踢破保护层而破坏, 因此对边柱点梁钢筋锚固段制作时, 应考虑同时满足最小锚固长度、最小水平锚固长度及垂直锚固长度的要求节点区也常出现多根梁交汇, 梁钢筋穿人节点区, 出现多层钢筋叠层, 如某楼在一节点区出现3根不同方向的大跨度梁支于同l根柱上.梁底排钢筋均为F25, 梁底保护层厚度为25mm, 由于3根梁底标高相同.因此就出现另外2根梁保护层分别为50 mm、75mm, 如此厚的素凝土层很容易产生裂缝, 同时梁的有效高度臧小会降低其承载力冈此, 设计人员应该审视节点细部构造的详图设汁, 明确节点处的钢筋布置, 避免留下工程质量隐患。

3 节点箍筋加密的问题

《规范》明确规定:框架节点核心区内箍筋量, 不应小于柱端加密区的实际配箍量。这可以提高柱子的承载力, 避免主筋受剪切弯曲破坏。可是有些设计、施工人员对加密节点钢箍的必要性认识不足, 设计人员未考虑节点内力分析, 甚至忽视了按最小体积配箍率做构造配筋, 在节点核心区也无明确标注。对于施工人员而言, 节点区纵横交叉的钢筋本来就很密集, 按正常绑扎钢筋已感困难, 要求加密难度更大, 在施工图无明确标注的情况下, 也就很少能满足规范要求, 致使少放、漏放钢箍的情况时有发生。下面介绍一种节点处箍筋加密区的施工技巧:

3.1 支设梁的底模。

3.2 摆放梁底筋、梁中箍筋。

3.3 安放预制的梁柱节点加密区的箍筋笼, 并与柱筋进行绑扎。箍筋笼必须按照梁的不同高度, 通过计算进行制作。

4 混凝土施工方面出现的问题

为满足结构承载的要求, 节约工程造价.通常存设计中对上、下柱或柱与梁扳的混凝土选择不同强度等级, 然而未对结构的点区域的混凝土强度作出明确说明。柱的混凝土施工通常在梁底标高以下20～30mm处留设施工缝, 点区域与梁板同时施工, 而施工人员往往贪图方便而使用同样强度等级的混凝土施工, 降低节点的强度, 节点受力破坏形态主要为剪切破坏, 节点区域的剪力南混凝土及箍筋菜同承担, 因此应该保证节点域的混凝土具有足够的强度, 按施工规范要求, 当梁柱的混凝土强度等级不同时, 节点处应按强柱弱梁的原则, 节点区域的混凝土强度等级应与柱相同采用强度较高的混凝土, 而在梁柱交汇处侧面设垂直施工缝是不符合规范要求的:混凝土浇筑时, 应按图在梁柱接头周边用钢网或小板定位, 并先浇筑梁柱接头的混凝土, 随后浇筑梁板混凝土, 这样既不便于施工, 其质量也得不到保证有些施工人员为了方便而将梁与柱使用强度等级相同的混凝土, 这样既提高了工程造价, 又造成浪费。因此, 存结构设计时应作综合考虑, 根据实际情况将柱与梁板选择相同的混凝土强度等级, 以方便施工。另外, 浇筑节点区域混凝土前未及时对施工缝按规范要求进行处理在浇筑柱的混凝土时.由丁振捣、石子自重等因素, 柱头施工缝区域一般浮浆较多.表向混凝土层较软弱, 应在安装接点模板之前及支时清除松动的石子及软弱的混凝土层。模扳安装完成后, 要清理杂物、泥砂、小屑等, 防止浇筑混凝土时出现水平裂缝或松散夹层在浇筑混凝土前, 还要先浇一层水泥浆, 以保证新旧混凝土良好地结合成一体:由于节点受力状态复杂, 且钢筋密集, 存混凝土浇注时下料、振捣均较困难, 容易出现蜂窝等情况.降低了混凝土强度, 因此在混凝土施工中要严格控制骨料的颗粒大小, 并选择合适的坍落度, 精心施工以保证工程质量, 模板制作安装方面的问题存框架结构节点的施工中, 由于处在梁、柱、扳的中心或梁、柱钢筋的交叉点, 密度大且受力复杂。

因此当与柱相互交汇的横梁与纵梁设计高度不一致时, 就容易出现误差。在模板制作安装方面难度较大, 对小工的要求一定要非常严格, 模板的尺寸也一定要非常准确, 并认真检查校对图纸, 模板要钉牢, 撑拉受力要均匀, 特别是柱头模板要密实, 四周不能出现空洞, 发现问题时要及时处理或加固否则就容易出现漏浆而形成蜂窝麻面, 或者造成爆模, 既影响混凝土的质量, 也影响梁柱的外观, 因此, 在施工中要做好对施工人员的技术交底, 并精心施工。

参考文献

框架结构建筑梁柱节点的施工探析 第8篇

现在, 随着设计和施工水平的不断提高, 多层和高层建筑采用钢筋混凝土现浇结构的形势发展很快, 由于现浇框架结构具有较好的整体性能、围护墙体较轻、抗震性较好、布局灵活多样等优点, 在工程中得到广泛的应用。钢筋混凝土框架结构梁柱节点是主体结构的重要组成部分。

框架结构的震害大多发生在柱和梁柱节点这一核芯区。梁柱节点破坏主要是剪切破坏和钢筋锚固破坏, 严重时会引起整个框架的破坏。在2008年512汶川地震中就见到了许多框架结构梁柱节点首先出现破坏的情况, 如图1所示。我国在新、老抗震规范中都强调“强节点、强锚固”的设计理念与要求, 并且对节点的箍筋和混凝土强度也做了比较严格的规定。但是, 在实际工程中却发现:在地震力度作用下, 往往是梁柱节点部位首先出现了破坏, 这说明在施工过程中, 对节点需要加强的认识还不足, 节点施工质量不合格所致。

2 梁柱节点箍筋施工存在的问题

在梁柱节点施工时, 由于节点构造较复杂, 纵横向及竖向钢筋数量较多, 钢筋绑扎的施工工人又是高空作业, 施工具有较大的难度, 特别是中间柱子的节点, 纵横向都有受力钢筋, 箍筋不易绑扎, 操作有一定难度, 采用整体沉梁时节点区下部箍筋无法绑扎, 所以施工工人往往在梁节点部位不放或少放柱箍筋, 容易造成安全隐患。再者, 钢筋骨架整体放入模板后, 柱节点内箍筋绑扎困难, 有些施工人员便采用两个开口箍筋拼合, 然而在整个节点区均采用开口箍筋, 或将箍筋末端的135度的弯钩改为90度, 显然不符合规范规定。

实践证明:只有细分工艺流程, 合理安排工作顺序, 木工和钢筋工紧密配合, 才可能保证节点区钢筋符合设计及规范要求。做法是将柱的箍筋分段绑扎:首先将柱箍筋绑至梁底下;其次在穿好框架梁底筋后再绑扎节点区箍筋;最后在绑完框架梁钢筋后再在梁面上加一道节点箍筋。

当采用整体沉梁时, 采用如下措施解决: (1) 下料时每个节点增加若干根纵向短筋 (可用细钢筋) ; (2) 柱节点区箍筋现场焊接在纵向短筋上形成整体骨架, 再将整体骨架套入柱纵筋并搁置在楼板模板面上, 穿梁钢筋并绑扎, 为防止附加纵向短筋位置与柱纵筋冲突而造成套箍困难, 附加纵向短筋应偏离箍筋角部约50mm, 采用该法可保证柱节点箍筋的间距与数量, 实施效果较好。

3 框架柱纵向钢筋的搭接问题

对于矩形、异形柱, 纵向钢筋按照现行规范的规定, 应该优先采用对接焊接或者采用机械连接, 而施工单位为了方便施工、降低施工成本, 在实际施工时大多采用了搭接的方式。这样做对于较大截面的柱影响还不是很大, 但对于较小截面的柱子, 由于钢筋搭接, 钢筋占据一定的混凝土体积, 对小截面柱的有效截面来讲削弱较大。同时, 由于钢筋过于密集, 使得钢筋净距较小, 造成钢筋与混凝土的粘结力减小。

在按规范柱纵筋容许搭接时, 施工人员应在下部柱筋搭接部位末端延伸150mm, 并向外弯折1d, 使上部柱纵筋通过此弯折段与下部柱纵筋轴线对齐, 并在弯折段增加构造焊, 可较好地解决这一问题。

4 梁柱节点不同混凝土强度等级处产生裂缝

4.1 梁柱节点产生裂缝的原因

(1) 在梁柱节点部位, 如果柱与梁的混凝土的强度等级相差较大, 大家都知道, 不同强度等级的混凝土, 其水泥用量、水灰比、用水量都不同, 柱子体积大, 水泥用量多, 产生的水化热高, 高低强度等级混凝土就会产生收缩有差异, 所以在高低强度等级混凝土交界面附近出现微细裂缝。

(2) 柱截面大, 刚度大, 梁的截面相对较小, 受柱子的强大约束, 梁混凝土的收缩受限制, 也容易产生裂缝。

(3) 商品混凝土配合比中, 高强度等级混凝土的水泥用量偏多, 水灰比、含砂率、坍落度偏大, 也会导致高低强度等级混凝土交界附近产生裂缝。

(4) 现浇梁板的梁在板下, 上面保养的水被板充分吸收, 而梁得不到充足的养护水分, 造成梁的内外不均匀收缩, 也容易导致梁的两侧面产生裂缝。

4.2 防止梁柱节点处裂缝的措施

(1) 要求混凝土搅拌厂调整配合比设计, 在满足强度等级及可泵性的条件下, 对柱子混凝土, 减少水泥用量、减少含砂率、增加石子含量、减少坍落度、减少用水量, 并对粉煤灰和外加剂的用量也需作相应的调整。节点处的混凝土实行“先高后低”的浇捣原则, 即先浇高强度等级混凝土, 后浇低强度等级混凝土, 严格控制在先浇柱混凝土初凝前继续浇捣梁板的混凝土, 事先作好技术交底和准备工作。

梁板的混凝土采用二次振捣法, 即在混凝土初凝前再振捣一次, 增强高低强度等级混凝土交接面的密实性, 减少收缩。在产生裂缝相对较多的梁的侧面, 增加水平构造钢筋, 提高梁的抗裂性。严格控制混凝土拌合物的坍落度, 节点核心区柱子部位混凝土采用塔吊输送, 以期降低坍落度。在现场, 对每车混凝土都应进行坍落度检测。

(2) 改变传统观念, 混凝土浇筑后及“早”养护, 商品混凝土施工对环境湿度的要求要比传统现场搅拌混凝土高得多, 养护时间也要大大提前, 这是预防混凝土干缩裂纹的主要措施。要在混凝土浇筑完毕后及时覆盖塑料薄膜或湿草袋, 对混凝土进行保湿养护。接缝处搭接盖严, 避免混凝土水份蒸发, 保持混凝土表面处在湿润状态下养护。特别是梁, 除了板面浇水外, 还应在板下梁侧浇水, 在满堂承重脚手架未拆除之前, 可以用高压水枪对梁进行浇水养护, 并推迟梁侧模的拆模时间。

(3) 采用二次抹压技术。混凝土经过振捣表层刮平抹压1~2h后, 即在混凝土初凝前在混凝土表面进行二次抹压, 消除混凝土干缩、沉缩和塑性收缩产生的表面裂缝, 增加混凝土内部的密实度。但是, 二次抹压时间必须掌握恰当, 过早抹压没有效果;过晚抹压混凝土已进入初凝状态, 失去塑性, 消除不了混凝土表面已出现的裂缝。经过二次抹压混凝土初凝后, 轻微洒水润湿, 混凝土终凝后, 每天分几次浇水, 保持一周时间使混凝土湿润。

5 柱的“烂根”和“夹渣”现象

现浇框架容易出现“夹渣烂根”现象, 使根部混凝土漏浆, 严重时出现“露筋”和“孔洞”。其直接原因是柱模直接放在楼地板上, 预先没有在楼板上做找平层或加标准框浇出底面, 更没有留清扫口。当层段>5m中段未留浇筑口, 进料从顶部直接下。自由落差>3m, 在柱内钢筋阻拦下料使粗细料分离, 另因底部板面不平且未堵缝, 导致水泥浆流失掉, 也存在底面垃圾未清除净、振动棒长度不到位等因素, 造成根部夹渣, 烂根问题。保证质量的措施应在框架柱接头外进行, 即上次烧筑后加相同规格的方框, 并浇平框面, 继续上浇前支横模从板面开始, 浇筑时在顶洒一层l:0.4的水泥砂浆。并铺l:2水泥25~30mm厚, 在其上浇混凝土, 可保证框架柱自然密实, 不会出现夹渣或烂根的质量问题。

框架结构梁柱节点的施工质量不容忽视, 应该提高对抗震节点重要性的认识, 严格管理, 采取合理的施工措施, 确保施工质量能达到设计及规范的要求, 不留安全隐患。这样在今后的自然灾害来临时, 就可以避免像汶川或海地地震中由于建筑梁柱节点抗震性能差而致使房屋倒塌的严重恶果。

摘要：在5.12汶川地震中发现框架结构的许多节点部位首先出现了破坏, 并且破坏严重, 甚至导致结构破坏, 建筑物倒塌的现象。本文就框架节点的破坏情况探讨了如何加强节点的施工来确保工程质量。

关键词：梁柱节点,施工,箍筋,裂缝

参考文献

[1]杨晓红.框架结构混凝土工程施工质量问题[J].煤炭技术.2008 (6) .

[2]郭猛.框架结构梁柱节点区优化施工设计[J].施工技术, 2007 (6) .

[3]杨海生.框架结构节点施工[J].陕西建筑, 2007 (7) .

框架结构梁柱节点的抗震性能分析 第9篇

1 框架节点受力分析

钢筋混凝土框架节点的受力机理指通过合理的计算假定模式,描述由梁、板、柱传来的内力(M、N、V、T),在框架节点核心区的传递和由此产生的各种破坏形式。目前,常用的有3种理论:斜压杆机理、剪摩擦机理、桁架机理。这3种框架节点的受力机理,应用于各种不同的破坏形式和设计规范中。我国《建筑抗震设计规范GB50011-2001》中用于抗震框架节点设计的主要计算公式,是用来确定节点水平箍筋用量的“框架节点核心区抗震受剪承载力计算公式”,此公式并未全面考虑到影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的各种因素。

2 影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素

1)材料强度。

混凝土强度直接影响框架节点抗剪承载力,对于承受一定荷载的框架节点,混凝土强度越高,则梁、柱的截面尺寸越小,框架节点核心区混凝土的承剪截面也相应减小,在一定配箍率下,对其抗震性能反而不利。我国《混凝土结构设计规范GB50010-2002》中提倡使用HRB 400级钢筋,钢筋强度虽然大于HRB 335级钢筋,在相同的设计条件下,用钢量相对较少,但是钢筋表面与周边的混凝土粘结锚固能力下降,在框架节点的高粘结应力区,钢筋和混凝土的共同作用相对较差,钢筋易滑移。

2)节点形式。

对于一榀平面框架,按框架节点所在位置,节点主要有4种基本型式:顶层边柱节点(┏型)、顶层中柱节点(┳型)、中间层边柱节点(┣型)和中间层中柱节点(╋型)。对于“┏型”节点,梁、柱的纵筋均需在框架节点核心区内锚固,节点核心区受力较复杂,易产生破坏;对于“┳型”节点,梁的纵筋可直通锚固,水平荷载作用下,柱抗弯承载力弱于梁,柱端易产生塑性铰;对于“┣型”节点,柱抗弯承载力较大,“强柱弱梁”比较容易满足,但梁筋的锚固相对薄弱,梁筋易发生粘结滑移,角柱节点受力最为不利;对于“╋型”节点,强震作用下,框架节点两侧梁端可能均达到屈服,框架节点核心区受到很大的剪力,容易发生核心区剪切破坏。

3)轴压比。

试验研究表明,在一定范围内轴向压力可提高框架节点核心区混凝土的抗剪承载力。由于柱轴向压力的作用,在框架节点核心区混凝土开裂以前,柱截面受压区面积加大,斜压杆作用加强。当混凝土出现裂缝时,混凝土块体间产生咬合力。随着轴压比的增大,抗剪承载力相应增大,但当轴压比超过某一临界值时,框架节点受压区混凝土产生微裂缝,使混凝土压碎,抗剪承载力反而下降。

4)剪压比。

为了防止框架节点核心区出现斜拉破坏或斜压破坏,必须控制剪压比,即限制配箍率,避免框架节点核心区混凝土的破坏先于箍筋的屈服。

5)水平箍筋。

在框架节点内配置水平封闭箍筋,一方面对框架节点核心区混凝土产生有利约束,增强传递轴向荷载的能力;另一方面承担部分水平剪力,提高框架节点的抗剪承载力。试验表明,适当配箍框架节点核心区出现贯通裂缝后,混凝土承担的剪力继续增加,箍筋全部屈服,混凝土与箍筋同时充分发挥作用,使节点核心区受剪承载力在破坏时达到最大。对于配箍较高的节点,当节点核心区产生贯通斜裂缝时,混凝土抗剪承载力达极值,但箍筋应力还很低,混凝土破坏先于箍筋屈服,使得节点核心区的抗剪承载力达不到预期的最大值,箍筋不能充分发挥作用。

6)竖向箍筋。

在水平荷载反复作用下,框架节点核心混凝土出现交叉斜裂缝,剪力由斜压杆过渡到水平箍筋。水平箍筋承担水平分力,柱纵向钢筋承担竖向分力,设置竖向箍筋可承担框架节点剪力的竖向分量,减少混凝土的负担,从而提高框架节点的抗剪承载力。

7)柱纵向钢筋。

柱纵向钢筋通常按抗弯要求设置,沿柱截面的高度方向布置,按构造规定也相应配置一定数量的纵向钢筋。这些纵筋与水平箍筋联合对框架节点核心区混凝土形成双向约束。因此,合理布置柱纵向钢筋对提高框架节点抗剪承载力有一定贡献,但增加柱纵向钢筋不像增加水平箍筋那样能显著地提高框架节点的抗剪承载力。

8)直交梁。

国内外的实际震害与试验研究表明,垂直于框架平面与节点相交的直交梁对框架节点核心区混凝土具有约束作用,从而提高框架节点的抗剪承载力。但是,如果斜向地震的双轴效应使两个方向梁的纵筋都屈服,则降低了直交梁对节点的约束作用。对于仅一侧有直交梁的框架节点,抗剪性能并未改善框架节点的抗剪承载力。

9)楼板。

框架节点四周的楼板对节点核心区具有约束作用,与梁轴平行的楼板钢筋与梁上部受力钢筋协同工作。如果考虑楼板作为梁翼缘在受弯过程中发挥的作用,则应相应地提高节点的剪力计算值。

10)预应力作用。

对钢筋混凝土框架节点施加预应力,可使框架节点核心区混凝土增加约束,处于双向受力状态,从而提高框架节点的抗剪承载力。但通过框架节点核心区的无粘结预应力筋,削弱核心区混凝土的面积,降低框架节点的抗剪承载力。因此,对于无粘结预应力混凝土框架节点,可将提高预应力对框架节点的抗剪承载力。

11)偏心影响。

在高层建筑设计中,为了使建筑立面产生与外墙或柱面齐平的效果或产生凹凸错落的效果,经常要求梁、柱中心线错开,甚至要求梁侧面与柱侧面重合,出现大量的大偏心框架节点,这时框架节点受到附加扭矩之类的次内力作用,剪力在节点内的传递比较复杂。通过实际震害和试验研究可以发现,与无偏心框架节点相比,偏心框架节点抗剪承载力明显下降。

12)异形柱节点。

T型柱框架节点的抗剪承载力较低,框架节点在梁屈服后马上进入通裂状态。当梁宽大于柱腹板宽度时,处于柱腹板外的梁纵筋在节点处锚固较差。

13)反复荷载。

在反复荷载作用下,材料强度和构件强度降低,粘结锚固性能退化,剪切变形加大。由于框架节点内剪应力方向交替变化,核心区斜向裂缝的张开与闭合交替产生,导致框架节点核心区抗剪承载力和剪切刚度降低。框架节点两侧的梁纵向钢筋,可能一侧受拉达到屈服状态;另一侧受压达到屈服状态,从而产生很高的粘结应力,使钢筋滑移,发生粘结破坏。随着梁端变形的逐步增加,框架节点核心区抗剪承载力相应逐渐衰减。

14)斜向地震的双轴效应。

当地震作用方向与建筑物主轴方向不一致时,可能使两个方向的梁都达到屈服,这时作用于节点对角斜面上的水平剪力约为其中一个方向的2倍,然而斜裂缝遇到的箍筋与一个方向受剪时遇到的箍筋数目仍然相同。如果这些水平箍筋与柱截面各边平行,则钢筋的斜向分力仅仅是单向受剪时可抵抗剪力的1/2。对于双向对称的框架,双向受剪所需要的剪力钢筋约为单向受剪所需剪力钢筋的2倍。因此,斜向地震作用下,框架节点的强度和刚度迅速降低,梁筋较早出现粘结滑移破坏。

3 结 论

框架结构主要是通过计算来实现“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准设防目标。通过以上对影响钢筋混凝土框架节点抗震性能各种因素的讨论,在钢筋混凝土框架节点的设计上,要综合“概念设计”和“构造措施”,确保结构设计安全经济。

摘要：框架结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形。梁柱节点核心区是保证框架承载力和延性的关键部位,分析了影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素,为钢筋混凝土框架节点的抗震设计提供理论参考,确保结构设计安全经济。

关键词：框架结构,节点,抗震性能,分析

参考文献

[1]唐九如.钢筋混凝土框架节点抗震[M].南京:东南大学出版社,2003.

[2]GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.

[3]GB50010-2002混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[4]JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

高层建筑框架结构梁柱节点施工技术 第10篇

1 梁柱节点区的钢筋绑扎常见的问题及原因分析

(1) 箍筋的间距。实际施工中常常出现的问题是:节点区箍筋缺少绑扎、数量不足、间距不分, 或者几个箍筋全堆在一起, 或者有的一长段没有箍筋; (2) 纵筋的锚固。而纵筋则可能会因弯钩被烧短烧断导致锚固长度不够。 (3) 原因分析。一方面是部分施工人员质量意识不够、施工管理、监理人员素质较低, 对节点区的重要性缺乏认识, 质量意识比较淡薄;另一方面则是施工所采取的工艺流程限制, 使得要做到节点区钢筋 (尤其是箍筋) 完全符合设计及规范要求十分困难, 甚至是根本不可能。

2 常见的框架梁柱施工做法

工程实践中最常见的框架梁柱施工做法有两种:一种是将每层柱包括柱身、加密区和节点区的箍筋一次全部按要求绑扎好, 然后装柱模板、在梁底下5～10cm处留施工缝浇灌柱砼, 柱侧模拆除后接着装柱头节点模板和梁底模 (或者包括梁一边侧模) , 然后绑扎框架梁钢筋。这种做法节点箍筋影响了柱砼的浇灌作业, 砼工往往不得不解开扎丝, 从侧面敲打已绑好的节点箍筋以打开一个大口子让砼比较顺利地流入柱内。这样一来, 节点区的箍筋就被打乱了, 要恢复原状很不容易, 而且要多费工时。在浇灌柱砼时部分钢筋还会被水泥浆污染, 影响与砼的粘结。此外, 节点区箍筋绑扎好后再穿梁底筋将会很麻烦, 尤其是穿带弯钩的底筋十分困难。这时是钢筋工不得不敲打已绑好的节点箍筋, 甚至会擅自烧断弯钩造成纵筋的锚固不够。

另一种是用所谓“沉梁法”绑扎框架梁钢筋, 即在绑扎柱箍时留下节点区箍筋不绑, 等木工将节点模板、梁模板和楼板底模都安装好后, 再在楼面上绑扎梁钢筋, 绑完后拆除临时支架将梁钢筋骨架落到梁模内。这种做法很容易漏掉节点区的柱箍筋, 就是放了也往往是无法绑扎、数量不足、间距不分又难以调整。实践中, 也有些项目提出采取改进的办法在箍筋四个角设导筋, 将节点区箍筋按要求间距绑在导筋上固定成短钢筋笼, 然后再随梁骨架沉入模板内;或者采用两个“U”形开口箍套叠, 再焊成封闭箍。实际上, 只要是先把模板都安装好了再沉梁, 无论是使用导筋还是“U”形开口箍, 都难以很好地解决问题, 尤其是高层建筑当柱比较大采用的是比较复杂的复合箍筋时, 就根本不可能做到满足设计及规范要求。

实践中常见的情况是:在验收梁、板钢筋时, 有关方面才发现和提出节点区箍筋问题要求施工人员整改。但是, 此时往往模板都已安装完毕, 如果不拆除节点区模板, 根本是不可能整改到符合规范要求的。遗憾的是:实际上不少工程最后都是在“尽可能整改”中马虎过去。

实践证明:只有细分工艺流程, 合理安排工作顺序, 木工和钢筋工紧密配合, 才可能保证节点区钢筋符合设计及规范要求。做法是将柱的箍筋分段绑扎:首先先将柱箍绑至梁底下;其次在穿好框架梁底筋后绑扎节点区箍筋;最后在绑完框架梁钢筋后再在梁面上加一道节点 (定位) 箍筋。具体的施工流程:绑扎框架梁以下柱箍安装柱模浇灌柱砼 (顶层边柱要注意留够梁筋的锚固位置) 拆除柱模安装框架梁底模安放框架梁底筋绑扎节点箍筋绑扎框架梁钢筋梁面处加节点 (定位) 箍筋一道安装节点区模板安装框架梁侧模及楼板底模。这样的安排可能要增加绑扎框架梁钢筋使用的操作架, 这时可以用工具式脚手架来解决。如果楼板底模是用钢管做顶撑, 也可以先搭顶撑架, 利用它来做绑扎梁钢筋的操作架。

3 节点区的模板安装

梁柱节点支模一般都比较麻烦, 工效低。施工实践中最常见的是采用现场临时散装的做法, 容易出现尺寸偏差过大、拼缝不严密、表面平整度及接驳垂直度较差等通病, 要拆除再重装往往十分麻烦, 不便于进行节点内的杂物清理和节点箍筋的调整处理。结合节点箍筋的绑扎顺序, 在装梁底模、穿梁底筋再绑扎节点箍筋后才安装节点模板, 可以采取框架梁宽度范围以外 (框架梁端头梁底以下的节点模板作为梁底模的支承在装梁底模时已一起安装) 的节点模板采用工具式定制模板的改进做法。其具体要点如下: (1) 根据各个编号节点的相关几何数据确定节点模板的制作方案。矩形节点框架梁宽度范围以外的模板一般由四个侧面的各一至两片矩形板组成, 模板下部与柱的搭接长度取40cm便于固定。结合节点模板的组合方式确定每片模板的具体尺寸并编号后, 绘制出各节点的模板制作图。 (2) 安排熟练木工根据各节点的模板制作图预制节点工具式模板, 并做好相应的标识。模板可用18mm厚夹板制作, 用60mm80mm木枋做背楞, 背楞间距不超过300mm。装模专用的夹具也预先加工好, 矩形柱采用钢管夹具, 圆形柱采用扁铁圆箍夹具, 紧固对拉螺栓采用Ф14圆钢。 (3) 随施工进度, 现场安装节点模板。先用铁钉将相应的模板在柱身初步固定, 检查安装标高及垂直度, 调整合适后安装夹具并初步收紧螺栓, 再复查无误后用力收紧螺栓完成安装。另外, 视情况可将节点模板与梁板模连结加固。采用工具式定制节点模板体系, 节点模板一般可以周转使用10次左右, 可节省人工和材料;提前制作, 又可节省现场作业时间, 加快进度。

4 节点区的砼浇灌

框架梁柱节点作为梁的支座本身属于柱的一部分, 所以节点砼强度等级应与柱相同。在工程实践中, 多层框架设计上一般都取梁板砼与柱砼强度等级相同;若原设计图纸上标明的柱与梁板砼强度仅相差5MPa, 一般也会在图纸会审时将梁板砼强度等级改为与柱相同。这种情况的节点区砼施工只需与梁板一起浇筑并注意振捣密实即可。而在高层框架结构的抗震设计中, 为了满足框架柱的轴压比要求又避免柱子截面尺寸过大, 往往需要取框架柱的砼强度等级比梁板砼高出2个或2个以上的5MPa。这种情况, 施工时就要采取特别措施保证节点砼的质量。比较成熟有效的做法是:在梁柱节点附近离开柱边≥500mm, 且≥1/2梁高处, 沿45°斜面从梁顶面到梁底面用5mm网眼的密目铁丝网分隔 (做为高低等级砼的分界) , 先浇高标号砼后浇低标号砼, 即先浇节点区砼后浇节点区以外的梁板砼。应注意的是: (1) 节点区砼与梁板砼应连续浇筑, 不得将高低强度等级砼交界处留成施工缝或出现冷缝。 (2) 应确定合理的砼配合比, 严格控制施工配料, 并在现场测控砼坍落度, 加强对砼的养护, 以防梁端高低等级砼交界附近出现砼收缩裂缝。节点区高强度等级的砼宜采用坍落度比较小的非泵送砼配合比, 使用塔吊运输, 可减少水泥用量和用水量, 降低砂率, 从而减小砼的收缩量。节点和梁的砼浇筑宜采用二次振捣法, 以增强砼的密实性, 减少收缩。

只要采取的针对性措施到位, 对症下药, 并精心施工, 梁柱节点高低强度等级砼交界处附近的裂缝可以得到最大限度的控制。要彻底消除裂缝现象, 尚有待不断提高施工技术和不断积累施工经验, 采用更为的解决方法。

摘要：本文就框架结构节点在施工中发现的若干问题进行剖析。提出了自己在实际工作中的一些经验, 可供同行参考。

框架梁柱节点 第11篇

摘要：为了研究不同梁柱节点刚度对Y形偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的影响，利用ABAQUS有限元软件建立了不同梁柱节点连接刚度的六层两跨平面钢框架模型，并对其滞回性能进行了非线性数值分析，对比分析了各模型的承载力、侧向刚度、延性、耗能能力等特性。结果表明：随着节点刚度的增大，各模型的屈服荷载、极限荷载、抗侧刚度、延性系数逐渐增大。Y形偏心支撑半刚接钢框架节点刚度越接近理想刚接情况，其抗震性能越好。倒三角水平循环荷载作用下，各模型均为耗能连梁首先屈服，且按照由底层到顶层的顺序逐渐屈服，中间底层柱在受力过程中应力较大，设计时应重点考虑。

关键词：Y形偏心支撑；半刚接钢框架；节点刚度；循环加载；抗震性能

中图分类号：TU317 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2016）01-0079-06

0 引言

1994年的美国北岭地震和1995年日本阪神地震灾害研究表明，采用不同节点连接方式的结构在震害中破坏程度不同，采用焊接连接的刚性节点在震害中破坏严重，而采用螺栓连接的半刚性钢结构破坏较轻。此后的二十多年中，越来越多的研究学者开始对半刚性连接节点和半刚接钢框架进行研究，相关研究表明：梁柱节点的半刚性连接不仅使结构的自震周期延长、阻尼增大，而且很有效地降低了地震作用（Elnashai et al，1998）。但是这种连接的节点又使得结构的弹性刚度较低、侧移较大，很难满足多高层结构设计要求（Astanesh-Als，1999）。对于半刚性连接钢框架的侧向刚度不满足要求的情况，可以通过增设抗侧力构件改变结构的受力性能，如支撑构件，是一种既经济又高效的抗侧构件。Eric和Chen（1988）分析了在半刚性连接框架中添加支撑构件后结构的受力性能，并指出设置支撑后不仅使得结构的刚度和强度有所增大，而且还能减小半刚性连接对结构整体性能的影响。偏心支撑构件通过偏心的耗能梁段的屈服，限制支撑的屈曲，可使结构具有很好的耗能性能。

将偏心支撑和半刚接钢框架两种耗能性能较好的体系相结合，构成一种新型的抗震结构体系（郭兵等，2011），即偏心支撑半刚接钢框架结构。该结构弥补了半刚接钢框架的缺点，增加其抗侧刚度、减小侧移，不仅解决了工程实际问题，也是对理想抗震体系的一个有益探索（石艳等，2010）。目前，国内外对于偏心支撑半刚接钢框架的研究相对较少，王万祯等（2010）采用ANSYS软件对单斜杆偏心支撑半刚接钢框架进行了非线性数值分析，得到了偏心支撑半刚接钢框架柱计算长度系数表，并根据表格回归了相应的计算公式。郭兵对偏心支撑半刚接钢框架体系进行了系统的实验和理论研究（石艳，2010；田海兰，2010；徐超，2011），指出半刚性连接钢框架中增设偏心支撑显著增加了结构的抗侧刚度，降低了节点转动刚度对结构的影响，结构的震动频率和底部剪力增大，层间位移角减小。但是上述研究主要集中于V形和人字形偏心支撑结构，缺少对Y形偏心支撑半刚接钢框架结构的分析。Y形偏心支撑（YEBF）的耗能连梁与框架梁独立存在，可以通过改变耗能连梁的长度、截面尺寸优化整体结构性能，不受横梁截面限制（于安林等，2009）。由于YEBF钢框架的残余变形主要集中在耗能连梁，因而YEBF在变形耗能的过程中，对横梁和楼板造成的损害最小，震后容易恢复（于安林等，2010）。本文建立了一组典型六层两跨Y形偏心支撑半刚接钢框架，并施加了水平循环荷载，通过变化各个模型的梁柱节点连接刚度，对比分析了其抗震性能。

1 节点刚度判定准则

梁柱节点连接的弯矩转角（M-θ）曲线不仅能够反应节点的抗弯承载力、初始转动刚度、转动能力，而且对框架结构的变形和承载能力也有较大影响。对于半刚性节点连接，节点的M-θ关系曲线处于柔性节点和刚性节点之间，并且一般呈非线性关系（石艳，2010）。采用丁洁民和沈祖炎（1992）提供的节点计算模型，弯矩转角曲线如图1所示，在弹性阶段节点刚度的半刚性特性用节点初始刚度K₀来表示，弹塑性阶段采用参数K_f来表示节点刚度的非线性，并取K_f=K₀/40。通过给定不同初始转动刚度K₀值，将梁柱节点定义为不同的连接形式。

2 有限元模型

2.1 模型建立

ABAQS有限元软件中的梁单元可以产生轴向、弯曲、扭转等变形，属于梁柱类单元。本文采用软件中考虑了横向剪切变形的B21单元建立平面框架模型，在框架梁上施加线荷载实现楼板的处理。梁柱连接采用SPRING2弹簧单元进行模拟，在CAE窗口完成梁柱节点水平、竖直和转动方向的弹簧单元设置，通过对输出的INP文件中添加梁柱节点连接的弯矩转角关系曲线实现节点连接的非线性性能。有限元模型建立时，对于材料性能的设置采用Mises屈服准则，本构关系为考虑包辛格效应的运动强化模型，应力应变关系采用三折线模型（郭兵，2002）。建立的模型为平面模型，不考虑平面外自由度，只对柱脚底部的全部自由度进行约束；水平荷载通过多质点控制的位移加载实现（洪敏等，2014）。模型的屈服位移△_y根据单向加载得到的荷载位移曲线确定，循环加载时的水平荷载按△_y/4（循环1周）、△_y/2（循环1周）、3△_y/4（循环1周）、△_y（循环1周）、2△_y（循环2周）、3△_y（循环2周）、4△_y（循环2周）……进行施加，直到框架的最大层间侧移角达到或超过5%时，认为结构达到破坏。

2.2 模型验证

按照上述建模过程，对郭兵等（2011）的FS2系列试件在循环荷载作用下的试验结果进行模拟，以验证建模方式的正确性和合理性。

实验试件为1：2缩尺比例的三层单跨两榀V形偏心支撑半刚接钢框架结构，采用Q235B级钢，柱脚刚接，其层高和跨度分别为1.5m和3m，框架柱、支撑构件的截面（单位为mm）尺寸分别为H180×180×8×10、100×100×6×8，框架梁和耗能连梁的截面面积相同，尺寸为H200×130×6×8，每层堆载30kN，框架梁上对应的线荷载为5.0kN/m。试件FS2采用外伸式端板螺栓连接节点，初始转动刚度为14.342×10³kN·m·rad^-1。试件采用位移加载方式，在试件顶层施加低周循环水平荷载，步长为5mm，每级加载循环2周，直到试件产生破坏。本文采用与实验一致的几何尺寸和材料性能，选取实验试件的一榀建立了其平面模型。通过有限元分析得到的滞回曲线，如图2所示，将滞回曲线中各滞回环峰值点相连得到模型的骨架曲线，并与实验曲线进行对比（图3）。通过对有限元结果进行分析计算，将结果与实验数据进行了对比，如表1所示，表中P^y和P^u分别为屈服荷载和极限荷载，△^u和△^u分别为屈服荷载和极限荷载对应的屈服位移和极限位移，μ、C_e、K分别为结构的延性系数、能量耗散系数和侧向刚度。

由于有限元分析时建立的模型为平面模型，较为理想化，没有对平面外的荷载及位移进行考虑，故得到的骨架曲线比试验骨架曲线略高（图3）。由表1数据对比可见，有限元分析得到的能耗系数比实验结果稍偏大，原因在于有限元建模没有考虑焊接时的残余应力和结构初始几何缺陷的影响。但总体而言，有限元分析得到的骨架曲线和滞回曲线与实验值相差不大，且侧向刚度与实验值也相当接近，故上述建模过程可用来进行后续的模型建立分析。

3 抗震性能分析

3.1 模型基本参数

利用ABAQUS软件，建立了一组六层两跨平面模型进行分析，模型示意图如图4所示。其中，各模型几何尺寸、材料性能均相同，只有节点连接刚度不同，进而可以对比分析节点连接刚度对Y形偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的影响。模型的层高为3.6m，跨度为7.2m，模型采用Q235钢，截面形式为焊接H型钢，其中左、右两跨的梁、柱截面设计不同，左跨、右跨梁截面单位为mm，尺寸分别为H450×200×8×12、H450×260×12×16，左边柱、中柱、右边柱截面分别为H300×300×10×14、H450×450×16×22、H350×350×12×16，支撑和耗能连梁的截面分别为H170×170×8×12和H400×200×8×12，耗能连梁长度为800mm。水平循环荷载按倒三角形分布，施加荷载的比例为1：2：3……（一层：二层：三层……），并通过各层楼板施加，楼板作用等效为框架梁上施加竖向均布荷载q=20kN·m^-1。为了分析不同梁柱连接刚度对Y形偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的影响，分别将模型的初始转动刚度定义为5种情况：1×10²、1×10³、1×10⁴、1×10⁵及1×10⁶kN·m·rad^-1，模型编号分别为BF-1、BF-2、BF-3、BF-4、BF-5，其中刚度为1×10²kN·m·rad^-1时接近理想铰接情况，刚度为1×10⁶kN·m·rad^-1时接近理想刚接情况。

3.2 循环加载计算结果

图5为有限元分析得到的滞回曲线和骨架曲线。如图所示，滞回曲线均呈稳定的梭形，可见Y形偏心支撑半刚接钢框架具有较好的耗能性能。

由图5所示，随着节点刚度的增大，各模型极限承载力明显增大。BF-1模型的转动刚度较小，接近理想铰接情况，但结构仍具有一定的承载能力和耗能能力，可见增加偏心支撑对半刚接框架的侧向刚度和抗震性能影响较大。由计算得到的骨架曲线可知，随着转动刚度的增大，各个模型的屈服荷载逐渐增大，且屈服位移逐渐减小，故模型的抗侧刚度显著增大。

表2给出了有限元分析得到的关键数据，表中：P_y和P_f分别为屈服荷载和破坏荷载，△_y和△_f分别为屈服荷载和破坏荷载对应的屈服位移和破坏位移，H为结构总高度，K为弹性抗侧刚度，μ为延性系数，ε_e为等效粘滞阻尼系数。

从表2中可以看出，各个模型随着节点刚度的增大，其屈服荷载、极限荷载、弹性抗侧刚度、延性系数均逐渐增大，而屈服位移、极限位移逐渐减小。其中节点刚度的变化对抗侧刚度的影响最大，相邻节点刚度间抗侧刚度变化的最大幅值为38%，且随着节点刚度的增加，抗侧刚度的变化值逐渐增大，可见在半刚接钢框架中增设偏心支撑构件能显著增加结构的抗侧刚度。随着模型节点刚度的变化，粘滞阻尼系数相差不大。当模型节点刚度接近铰接情况时，结构具有较高的柔性，其粘滞阻尼系数最大；由BF-3-BF-5模型的计算结果可见，粘滞阻尼系数随着节点刚度的增加而逐渐增大。综合对比各项性能指标，可见当节点刚度越大越接近理想刚接情况时，模型的抗震性能越好。

水平循环荷载作用下，该系列模型均为耗能连梁首先屈服，保证了框架梁和框架柱的完整性，且耗能连梁的腹板首先发生屈服，可见上述偏心支撑的耗能连梁为剪切型。结构在水平倒三角荷载作用下，按照由底层到顶层的顺序逐渐屈服，但中间底层柱受到的应力较大，在第四层耗能连梁屈服后相继屈服，设计时应重点考虑。

4 结论

本文通过对一组梁柱节点转动刚度各不相同的Y形偏心支撑半刚接刚框架模型在循环加载下的非线性有限元分析，可初步得到以下结论：

（1）随着节点刚度的增大，模型的屈服荷载、极限荷载、抗侧刚度、延性系数逐渐增大，而屈服位移、极限位移逐渐减小。模型节点刚度的变化，对抗侧刚度影响最大，且随着节点刚度的增加，抗侧刚度的变化值逐渐增大。

（2）当框架的梁柱节点刚度接近理想铰接情况时，偏心支撑半刚接钢框架结构仍具有一定的承载能力和较好的耗能能力，其粘滞阻尼系数较大且结构的横向侧移没有显著增加，可见偏心支撑构件能显著增加半刚接钢框架结构的抗侧刚度。整体而言，粘滞阻尼系数随着节点刚度的增加逐渐增大，但变化幅度不大，可见节点刚度变化对粘滞阻尼系数影响较小。

钢框架梁柱刚性连接节点有限元分析 第12篇

钢结构良好的抗震性是其相对于混凝土结构的一个优点,在历次的地震中钢结构也经受住了考验,很少发生整体的破坏。但是在地震中,钢结构经常会发生局部破坏,最具代表性的是在1994年1月17日美国的北岭地震和1995年1月17日的日本阪神地震。在这两次地震中钢结构表现出几种局部破坏形式[1]:1)框架节点区的梁柱焊接连接脆性破坏;2)竖向支撑的整体和局部破坏;3)柱脚的柱翼缘和柱子底板的破裂以及其锚栓失效。其中,节点破坏最为严重。而引起震害的主要原因之一是梁柱节点发生脆性破坏,因此必须对钢框架梁柱节点在地震作用下脆性破坏的原因进行进一步研究和分析,以便能找出传统的钢框架梁柱节点存在着的不可忽视的缺点和不合理的地方。

通过研究分析,研究人员认为决定和影响节点性能从而导致了梁柱节点发生脆性破坏的因素有[2]:1)设计方法的不正确;2)塑性铰范围小引起的整个节点的脆性破坏;3)焊接质量以及施工工艺的问题;4)梁翼缘的应力不均匀分布引起的脆性破坏。因此,为了提高梁柱节点的抗震性能,避免设计的不合理,人们提出了几种具有较好抗震性能的新型节点形式[3]:1)半刚性节点;2)加强型节点;3)削弱型节点。

文中将选取普通节点和削弱型节点中的翼缘削弱型狗骨式和腹板开孔型节点进行有限元分析,分别比较这3种节点在弹性阶段和弹塑性阶段的应力发展状况及应力分布情况,得出这几种节点的力学性能。

1有限元模型的建立

文中定义有限元模型的材料为Q235结构钢,屈服强度fy=235 MPa,材料为各向同性。钢材的弹性模量E=2.06×105 MPa,泊松比u=0.27,剪变模量G=0.79×105 MPa。计算采用Von Miss屈服准则及相关的流动准则和ANSYS程序中经典双线性随动强化选项(BKIN)。文中在建立普通节点和削弱型节点ANSYS有限元模型时采用的是ANSYS单元库中Solid92单元。普通节点、狗骨式节点及腹板开孔型节点的梁柱长度分别为2 m,3 m。狗骨式节点削弱部位参数如下:

a=0.65bf=98 mm;

b=0.75db=318 mm;

c=0.2bf=30 mm。

所建有限元模型如图1所示。

2节点的弹性静力计算

分析时把整个模型视为完全弹性体,在梁端施加大小为45 kN的集中力。通过ANSYS分析可以得到普通节点、狗骨式节点及腹板开孔型节点的应力分布图。为了更详细的比较三者的差异,通过在模型上定义相关的路径,然后把ANSYS所计算出来的结果数据映射到模型中已经定义好的路径上。在文中定义了下面2条路径来分析比较应力分布:沿梁翼缘表面长度方向和沿梁翼缘根部宽度方向。

如图2所示为梁翼缘面沿梁长度方向Von Mises和SX应力分布。从图2中可看出3种节点的最大Von Mises应力为:普通170 MPa,狗骨式为179 MPa,腹板开孔型173 MPa,都在梁端,通过比较可看出在狗骨式节点削弱位置处的应力比普通节点和腹板开孔型相应处的应力要大,过了翼缘削弱处应力逐步趋于相等。节点沿翼缘长度方向SX应力分布(整体坐标下X向的应力分布)与沿梁翼缘长度方向Von Mises应力分布趋势相同。从节点试件应力分布及其位置来看,狗骨式节点和腹板开孔型节点在弹性受力的情况下与普通节点没太大的区别。

图3为梁根部沿翼缘宽度方向Von Mises和SX应力分布,从图中可以看出,梁翼缘截面的应力集中很明显,轴线处应力最大,两边次之,轴线和边缘中间处最小。通过对3种节点在翼缘节点梁根部沿翼缘宽度方向应力分布比较,狗骨式节点在轴线处大于普通节点和腹板开孔型节点,但在边缘处狗骨式节点的应力却稍小于其他两种节点。由于梁翼缘边缘是焊缝最脆弱的部位,所以狗骨式节点在弹性受力情况下,受力性能稍优于普通节点和腹板开孔型节点。

从以上的分析可以看出在受力较小,构件处于弹性变形阶段时,狗骨式节点和腹板开孔型节点对于节点性能的改善方面并没有明显的显现出来。接下来将研究3种节点在弹塑性阶段的力学性能。

3节点的弹塑性分析

为了全面分析梁柱刚性节点在弹塑性阶段的受力性能,将在节点的梁端施加一个足够大的位移,使在满足该位移时,通过有限元计算能输出较好的反映刚性节点在塑性阶段受力情况的结果。参照EI-Tawil等和Mao等对刚性节点局部参数的研究[4,5],根据FEMA-267和FEMA-267B中对北岭地震后刚性节点设计的建议,梁端的反复位移应该加至节点的塑性转角达到0.03 rad。因此,在塑性分析时将在梁端施加大小为64.8 mm的竖向位移。同样为了更详细的比较二者的差异,在模型上定义了沿梁翼缘表面长度方向和沿梁翼缘根部宽度方向2个相关的路径。

如图4所示为梁上翼缘沿梁长度方向的应力分布,从图中可以看出在翼缘根部应力相差不大。不过明显的是普通节点和腹板开孔型节点的最大应力都小于狗骨式节点,特别是在狗骨式节点的削弱的部位应力明显大于其他两种节点。而腹板开孔型节点在开孔部位的应力稍大于普通型节点。这表明在受到较大荷载作用,构件处于塑性状态时,狗骨式节点首先在削弱处屈服,腹板开孔型节点也将从开孔处先屈服,从而避免了破坏从脆弱性较大的梁柱焊接处开始的不利情况。这正体现了狗骨式节点和腹板开孔型节点的设计初衷,也说明了狗骨式节点和腹板开孔型节点相对普通节点较好的抗震性能。比较可知狗骨式节点在抗震性能方面的提高要好于腹板开孔型。

狗骨式节点应力较普通节点和腹板开孔型的都要小,这说明了狗骨式节点相对其他两种节点能降低梁柱节点在根部的应力,对此处起到了一定的保护作用。

4结语

通过文中对普通节点、狗骨式节点和腹板开孔型节点的弹性和弹塑性的分析可以得出以下结论:在弹性阶段3种节点并没有显现出性能上的明显区别。但在进入到塑性阶段,三者则出现了差别,狗骨式节点翼缘的应力最大值是3种节点中最大的,而在梁翼缘端部这个薄弱部位其应力值却最小。狗骨式节点的最大应力值是出现在翼缘削弱的部位,且在削弱段区间应力都明显大于其他两种节点相应部位的应力值。说明当发生破坏时,狗骨式节点将首先从截面削弱处开始出现塑性铰,破坏将从这里发生,避免了在脆性较大的节点连接处,恰好满足了结构上“强节点弱构件”的要求。腹板开孔型节点也有同样的保护作用,不过通过文中的分析可以看出效果不如狗骨式节点的好。所以在钢结构中通过采用狗骨式节点提高抗震性能,避免地震作用下节点连接处的破坏是一种行之有效的方法。

参考文献

[1]陈富生,邱国桦,范重.高层建筑钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[2]赵大伟,石永久.钢结构节点脆性破坏分析[J].工程力学,1999(sup):32-37.

[3]日本钢结构协会.钢结构技术总览(建筑篇)[M].陈以一,傅功义,译.北京:中国建筑工业出版社,2003.

[4]EI-Tawil.S.,Mikesell.T.,Kunnath.S.K..Effect of local de-tails and yield ratio on behavior of FR steel connections[J].Struct.Engrg.ASCE,2000,126(11):79-87.

[5]Mao.C.,Ricles.J.,Lu.L.W.,et al.Effect of local detail:onductility of welded moment connections[J].Struct.Engrg.AS-CE,2001,127(9):1036-1044.