H型鋼梁與RHS柱半岡Ⅱ性連接節(jié)點的性能

1、H型鋼梁與RHS柱半岡性連接節(jié)點的性能摘要h型鋼梁與rhs柱的端板栓接節(jié)點是一種新型的半剛性連接節(jié)點，本文通過足尺試驗與有限元軟件分析，研究其受力性能。結(jié)果說明，端板栓接節(jié)點的承載才能可達焊接節(jié)點的85，但轉(zhuǎn)動才能明顯大于焊接節(jié)點，抗震性能也明顯優(yōu)于焊接節(jié)點，具有良好的運用前景。關(guān)鍵詞h型鋼梁；rhs柱；半剛性節(jié)點；端板；螺栓l引言雖然將鋼構(gòu)造框架梁柱連接節(jié)點假定為完全剛性節(jié)點或理想鉸接節(jié)點均可以使分析和設(shè)計的過程大大簡化，但在實際構(gòu)造中的連接節(jié)點并非是單純的剛接節(jié)點或鉸接節(jié)點，而是存在于兩種狀態(tài)之間具有一定剛度的半剛性節(jié)點。將梁柱節(jié)點有意設(shè)計成半剛性節(jié)點，還可以減小現(xiàn)場焊接數(shù)量，進步施工進度

2、，克制剛性節(jié)點容易發(fā)生焊縫斷裂破壞、鋼材延性不能得到充分發(fā)揮的弊端。h型鋼梁與h型鋼柱的端板栓接節(jié)點就是已被深化研究、正在走向應用的一種半剛性連接節(jié)點。鋼框架半剛性連接節(jié)點的變形可以用梁的平面內(nèi)作用彎矩引起的梁柱軸線間的相對轉(zhuǎn)角來表示。梁柱之間的相對轉(zhuǎn)角不僅會改變梁與柱之間的彎矩分布，還會增加構(gòu)造側(cè)向位移、加劇p-a效應并進而影響整個構(gòu)造的穩(wěn)定性，所以應給予充分的估計。研究鋼構(gòu)造框架梁柱半剛性連接節(jié)點的工作性能，提出合適實在可行的半剛性節(jié)點設(shè)計方法，有助于建筑構(gòu)造分析與設(shè)計的開展。2h型鋼梁與rhs柱的端板栓接節(jié)點研究現(xiàn)狀在框架構(gòu)造中，鋼梁一般都采用h型鋼，鋼柱大多也采用h型鋼，很少采用鋼管，

3、主要原因是后者梁柱節(jié)點連接比擬困難。但是鋼管柱框架的經(jīng)濟性比采用h型鋼柱的好得多，尤其在住宅建筑中，采用矩形鋼管柱(簡稱“rhs柱)不僅可以減少用鋼量，而且便于構(gòu)建美觀的室內(nèi)環(huán)境。研究h型鋼梁與rhs柱的連接節(jié)點，有很強的實用意義。20世紀90年代開場，隨著huk的“超扭暗螺栓和lindapter的“快速管心】，等單邊螺栓系統(tǒng)的出現(xiàn)(如圖1a所示)，h型鋼梁與矩形鋼管柱的端板連接形式成為可能(如圖1b所示)；將janlaudedevalliere的熱塑鉆嵋1(fldrill)方法(圖l)應用于h型鋼梁與rhs柱的端板栓接，又使這種連接形式變得簡單而快捷。然而，到目前為止，h型鋼梁與rhs柱的端

4、板栓接節(jié)點還是一種新型的半剛性連接節(jié)點，其工作性能如何還有待仔細研究。3h型梁與rhs柱端板栓接節(jié)點試驗研究本文結(jié)合我國目前的施工工藝，提出了一種端板連接形式，并對這種連接形式的節(jié)點進展了單調(diào)靜力加載和低周反復加載試驗，將其與焊接節(jié)點進展比照分析，得到其彎矩轉(zhuǎn)角關(guān)系，進而對其抗震性能進展初步的研究。與國外的端板連接不同之處在于，這種連接所用螺栓為常用的高強度螺栓，螺栓通過柱壁上絲扣的咬合力和摩擦力將力傳遞到柱壁，而不采用快速管或熱塑鉆等方法。31試件的設(shè)計試件采用取自多層框架構(gòu)造在程度荷載作用下梁柱反彎點之間的典型節(jié)點(邊柱節(jié)點和中柱節(jié)點)的足尺模型，其名稱及主要參數(shù)詳見表l。試件均采用常用材

5、質(zhì)和規(guī)格，鋼材等級為q345b，梁、柱鋼材規(guī)格分別為i-1250150 x6x8和口250 x150 x8。梁長1700，柱長1800。試件示意圖詳見圖2。經(jīng)有限元分析發(fā)現(xiàn)，端板厚度和柱壁厚度以及螺栓抗拉剛度是影響節(jié)點剛度的主要因素。當端板厚度和柱壁厚度(采用襯管對節(jié)點域進展加強的那么為柱壁厚度與襯管厚度之和)增加到梁翼緣厚度的2倍以上之后，節(jié)點承載力的增幅已趨于微小，故試件中的端板厚度和帶襯管的柱壁厚度都取為梁翼緣厚度的25倍，即為20rn。為確保單個螺栓的抗拉剛度，螺栓仍像h型鋼梁與h型鋼柱端板栓接節(jié)點一樣采用高強度螺栓，不過只是適量施加預拉力。梁柱連接處梁截面所能承受的最大彎矩為肘=11

6、47kn，可由此計算出梁懸臂端的屈從荷載，=717kn，極限荷載f，。=12f=8602kn。在屈從荷載作用下梁懸臂端的撓度為343，在塑性狀態(tài)下為67，考慮到材料的強化及試驗誤差，將該值擴大為25倍，得到破壞時梁懸臂端的撓度約為167ra，據(jù)此選擇千斤頂和位移計的量程。由于節(jié)點取自構(gòu)造的反彎點處，故柱的兩端可用鉸接支座。為模擬節(jié)點的實際受力情況，在柱上端采用量程為100t的千斤頂對其施加軸力。反復加載試驗時，采用一臺油泵同時控制兩臺量程為50t的千斤頂，每臺千斤頂上放置一個量程為20t的壓力傳感器以控制施加的荷載的大校試驗加載裝置如圖3所示。32試驗加載方式(1)單調(diào)靜力加載試驗加載時，柱子

7、上保持800kn的軸力不變。屈從前荷載等級為15kn，屈從后改為5kn直到破壞；(2)低周反復加栽試驗加載時，先在柱子施加軸向荷載800kn。梁兩端同時施加等值反向荷載，開場預加反復荷載二次。其目的在于檢驗各試驗設(shè)備是否正常工作以及節(jié)點連接情況。試驗開場時采用荷載控制，分級荷載差值為20kn，接近屈從時為每級10kn，每級荷載循環(huán)三次，屈從后采用位移控制，位移差值為屈從位移，每級位移循環(huán)三次。33試驗結(jié)果與分析通過上述試驗得到梁懸臂端的極限荷載p。梁中點處的極限撓度。梁柱連接處梁截面的極限彎矩膨。、極限轉(zhuǎn)角口。以及節(jié)點的初始轉(zhuǎn)動剛度尺。和節(jié)點的破壞形式，各試件的試驗結(jié)果匯總于表2。各試件的彎矩

8、。轉(zhuǎn)角(骨架)曲線圖如圖4所示。4試驗結(jié)果分析與結(jié)論(1)h型鋼梁與rhs柱的端板栓接節(jié)點制作時端板、柱壁和襯管上的螺孔必須同時準確定位；安裝時螺栓的預緊力尚宜結(jié)合試驗確定(預緊力過大可能導致絲扣發(fā)生塑性變形或被磨平)。本文在試驗過程中沒有發(fā)現(xiàn)有螺栓被拔出的現(xiàn)象，說明h型鋼梁與rhs柱的端板栓接是可行的。(2)采用外襯管與采用內(nèi)襯管對節(jié)點域進展加強的效果(承載才能、初始轉(zhuǎn)動剛度等)根本相當。在實際加工中，采用內(nèi)襯鋼管不僅施工復雜而且不宜對其的焊接質(zhì)量進展檢查，假設(shè)采用外襯鋼管，那么施工比擬方便可靠，有時柱子也不必斷開。(3)h型鋼梁與rhs柱端板栓接節(jié)點試件5(dhrd18一bpl2一d20)

9、由于發(fā)生整體失穩(wěn)較早破壞，故其承載才能較校其它兩個端板栓接節(jié)點(試件1shrebpl2d20和試件4dhrbpl2d20)的承載才能大致相等，約為焊接連接節(jié)點的85。(4)h型鋼梁與rhs柱端板栓接節(jié)點的初始轉(zhuǎn)動剛度約為10104kntad，比焊接連接節(jié)點的小得多，比h型鋼梁與h型鋼柱端板栓接節(jié)點的初始轉(zhuǎn)動剛度略小(如西安科技大學郭兵得到的試驗結(jié)果為(113175)104kntaddl)。節(jié)點破壞時焊接連接節(jié)點的塑性轉(zhuǎn)角均未到達美國fea971171(federaleergeneanageentageny)要求的03rad，而端板栓接節(jié)點的塑性轉(zhuǎn)角都超過003rad，說明端板栓接節(jié)點的轉(zhuǎn)動才能

10、大于焊接連接節(jié)點。(5)比照試件4(dhrbpl2d20)和試件6(dhrdivp)的滯回曲線(圖5)，發(fā)現(xiàn)端板栓接的節(jié)點的滯回曲線比焊接連接的飽滿，說明前者的耗能才能比后者的強；從兩者的骨架曲線(圖6)可以看出，試件4的剛度比試件6的要小，但前者的延性比后者的好，說明端板栓接節(jié)點的抗震性能優(yōu)于焊接連接節(jié)點(6)在焊接連接節(jié)點中，設(shè)置內(nèi)襯管的節(jié)點(試件3shrdibhp)的初始剛度是沒有設(shè)置內(nèi)襯管的節(jié)點(試件2shrebpl2一eld)的2倍，是端板栓接節(jié)點的5倍左右。比照已做過的h型鋼柱與h型鋼梁的焊接連接節(jié)點，h型鋼梁與rhs柱的焊接節(jié)點初始剛度也明顯偏校說明rhs柱柱壁的部分變形對節(jié)點的

11、初始剛度影響很大。(7)在焊接連接節(jié)點中，發(fā)生的破壞主要是焊縫破壞，致使這類節(jié)點不能充分發(fā)揮作用，由此說明焊接工藝及施工程度對焊接節(jié)點性能影響較大。5h型鋼梁與rhs柱端板栓接節(jié)點的有限元分析采用非線性有限元對各種參數(shù)進展了分析，以理解影響端板栓接節(jié)點性能的主要因素，為進展節(jié)點性能的理論分析提供根據(jù)，并找到進步節(jié)點性能的方法。這些參數(shù)為端板厚度t。、外襯管(內(nèi)襯管)厚度t螺栓相對梁翼緣間距g、螺栓相對梁腹板間距p以及梁截面尺寸、柱截面尺寸、柱長細比及柱軸壓比等。計算中，柱、梁、端板及加勁板的材料特性定為一樣，螺栓直徑為20。端板厚度、內(nèi)襯管厚度對剛度和承載力的影響程度分別如表3、4所示；梁柱截

12、面尺寸對節(jié)點初始剛度的影響程度如表5所示；螺栓橫向、豎向間距對剛度和承載力的影響程度分別如表6、7所示；柱軸壓比、梁柱剛度比對初始剛度的影響程度分別如圖7、8所示。從所列表格和圖形可以看出，影響節(jié)點剛度的主要因素為端板厚度、內(nèi)襯管厚度：梁柱截面尺寸及螺栓間距，它們的影響情況歸納如下：(1)隨著端板厚度的增加，節(jié)點的初始剛度增大，增加的趨勢由快到慢，但節(jié)點的延性減??；(2)隨著內(nèi)襯管厚度的增加，節(jié)點的初始剛度增大，但節(jié)點延性變化不是很明顯；(3)隨著梁柱剛度比的增加，節(jié)點的剛度增大；(4)適當增大螺栓橫向間距，減小螺栓豎向間距可以進步節(jié)點的初始剛度。6結(jié)論h型鋼梁與rhs柱端板栓接節(jié)點是一種新型而可行的半剛性連接節(jié)點。本文采用內(nèi)襯管和外襯管對節(jié)點域進展加強的端板栓接節(jié)點，承載才能都在焊接節(jié)點的85左右，它們的轉(zhuǎn)動才能都明顯大于焊接節(jié)點，抗震性能也明顯優(yōu)于焊接節(jié)點。h型鋼梁與rhs柱端板栓接節(jié)點特別適宜在有抗震設(shè)防要求的住宅鋼構(gòu)造中推廣使用。但這種節(jié)點制作時加工的技術(shù)要求較高，且安裝時螺栓的預緊力尚宜結(jié)合試驗確定參考文獻1施剛多層