钢框架梁端抗震节点承载力对比分析

彭伟，李惠，李文宇，马栋

（山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东 青岛 266590）

0 前言

随着各国对钢框架节点抗震性能的研究，传统节点因诸多缺陷已不适应工程实际的应用。一些新型节点相继出现，常见的有弧形削弱型节点、扩翼型节点、翼缘板加强型节点、侧板加强型节点等。一些学者对框架抗震节点进行了研究，得出了相关结论：弧形削弱型节点存在梁截面的强度不能得到充分发挥的缺点，并且在钢框架梁重要部位削弱梁的翼缘，容易引起梁削弱处翼缘和腹板的局部屈曲，同时会加大框架的侧向变形。因此，对节点的截面抗弯承载能力做深入研究，对抗震节点的设计具有重要意义。

1 梁翼缘节点类型

钢框架结构中，梁翼缘削弱型节点主要包括直线削弱型节点、弧形削弱型节点等。加强型节点主要包括扩翼缘节点、翼缘加强式节点和侧板加强式节点等（图1）。一些学者对此进行了研究，根据文献[2]、[3]、[4]建议，图 1中梁端节点参数取值如下,弧形削弱型:a=（0.50～0.75）bf，b=（0.65～0.85）hb，c=（0.20～0.25）bf，开孔半径R=（4c2+b2）/8c；扩翼加强型:a=（0.50～0.75）bf，b=（0.65～0.85）hb/2，c=（0.20～0.25）bf，开孔半径R=（bwf-bf）/4+b2/（bwf-bf）；翼缘加强型：a=（4～6）t2，b=（0.50～0.80）hb，上下翼缘加强板厚度 t=（1.1～1.4）t2；侧板加强型+6。其中：t2为梁翼缘厚度；hb为梁截面高度；Mc可由框架内力分析计算确定；bf为梁翼缘的宽度；fy为钢材的屈服强度。

2 节点截面承载力分析

一跨度为4.5m钢框架，采用Q235B的型钢梁，梁截面尺寸为450×200×9×14。梁与柱采用全熔透焊缝。根据已有条件，现对该项目中的框架抗震节点进行4种构造方案（弧形削弱型、扩翼型、翼缘板加强型、侧板加强型）的抗弯承载力分析，以确定较合理的节点构造方式，为框架节点设计提供参考。

2.1 节点参数取值

根据以上数据，讨论抗震节点承载力大小，节点的参数取值见表1。4种构造方案截面尺寸相同，从距柱边55mm开始，间距如图1示75mm，取6个截面，计算截面抗弯承载力大小，截面尺寸见图2。

2.2 抗弯承载力计算

根据以上节点参数取值和截面尺寸采用下列公式计算截面抗弯承载力。梁截面抗弯强度公式：式中：rx为梁截面塑性发展系数，取1.05；wx为梁净截面模量。削弱深度公式：

节点参数取值（mm） 表1

4种节点方案截面抗弯承载力 表2

式中：x为被削弱截面到柱翼缘距离，由公式得出x=a+b；e为削弱截面最深处到柱翼缘距离，由公式e=a+b 42得出。

根据公式（1）、（2）得出弧形削弱型3-3截面抗弯承载力为 M=240.86kN·m。

同理，得出其它截面抗弯承载力，如表2所示。

2.3 结果分析对比

将表2的结果用折线表示，如图3所示。

图3中，削弱型截面抗弯承载力比加强型截面抗弯承载力小；加强型节点中，在削弱深度相同的情况下，翼缘板型节点由于增大了截面的高度和宽度，虽使截面抗弯承载力比削弱型节点提高约2.3倍，但节点容易造成应力集中。侧板型节点虽使截面抗弯承载力比削弱型节点提高约43%，但因构造方式施工繁琐，很少被采用。扩翼型节点通过弧平面平稳过渡，可有效避免应力集中现象。计算结果显示，扩翼型节点不仅能更有效避免应力集中现象，达到塑性铰外移的目的，也能保证梁强度得到充分发挥，验证了已有的结论。为此，该框架采用扩翼型节点的构造方式。

3 结 论

本文分析结果表明：在削弱深度相同情况下，扩翼型节点的承载力高，采用的圆弧渐进式过渡措施，平稳地使节点塑性铰外移。建议梁柱抗震节点设计时，合理选择翼缘削弱深度，避免对截面承载力和刚度削弱过大，影响构件稳定性。

[1]张艳霞，李云鹏，等.钢框架加强和削弱并用型梁柱节点性能的优势分析[A].2011全国钢结构学术年会论文集[C].2011.

[2]蔡益燕.考虑塑性铰外移的钢框架梁柱连接设计[J].建筑结构,2004(2).

[3]FEMA-350,Recommened seismic design criteria for new steel moment-framebuildi-ngs[S].

[4]王燕,等.钢框架梁端翼缘扩大型节点低周反复荷载试验研究[J].建筑结构学报,2010(4).