鋼框架結(jié)構(gòu)節(jié)點域分析簡化模型

鋼框架結(jié)構(gòu)節(jié)點域分析簡化模型節(jié)點域起著傳遞梁柱之間力和彎矩的作用，這樣就使得節(jié)點域的應力狀態(tài)非常復雜。本文通過分析我國規(guī)范中所采用的節(jié)點域力學模型，與實驗結(jié)果對比分析表明，基于該節(jié)點域模型分析得到的鋼框架整體抗震性能較為符合實際情況。.節(jié)點域抗震力學機理及其在規(guī)范中的體現(xiàn)在節(jié)點域抗震設計中，其力學機理主要基于以下兩點：1)通過研究表明，在節(jié)點域中應變的分布是比較均勻的，而不是拋物線分布，假定在節(jié)點域的柱腹板上均勻分布。2)由于在鋼框架的抗震設計中，往往以層間變形起控制作用，因此對于節(jié)點域的設計起到控制作用的多為抗震能力設計要求。節(jié)點屈服承載能力被設計來完全承受框架梁完全塑性彎矩所產(chǎn)生的剪力,對于節(jié)點域的抗震承載能力要求過高。由于前述節(jié)點域抗震能力的低估和抗震需求的過高要求使得節(jié)點域的抗震設計較為保守。為充分利用節(jié)點域的抗震滯回耗能能力，針對節(jié)點域設計存在的問題，分別對屈服承載能力和能力設計要求上進行了調(diào)整，節(jié)點域的塑性抗剪能力考慮框架柱翼緣的加強作用。式中參數(shù)意義見圖lo在節(jié)點域能力設計中引入0.8調(diào)整系數(shù),取節(jié)點域的塑性抗剪承載力為該節(jié)點梁的總塑性承載力的0.8倍，即在大震作用下，節(jié)點域首先屈服，然后才是梁出現(xiàn)塑性狡。目前我國抗震設計規(guī)范中鋼框架結(jié)構(gòu)節(jié)點域的設計采用的就是上述方法和思路。設計中起到控制作用的節(jié)點域的屈服承載力應符合下式：其中，Mpbl,Mpb2分別為節(jié)點域兩側(cè)梁的全塑性受彎承載力;Vp為節(jié)點域的體積；fv為鋼材的抗剪強度設計值；為折減系數(shù)，場地6度和7度時可取0.6,8度，9度時取0.7。式(2)主要綜合參考了日本規(guī)范和美國規(guī)范，在日本規(guī)范中框架節(jié)點域的極限承載力是根據(jù)梁柱的全截面塑性受彎承載力計算確定的，在設計時忽略了剪力項同時不考慮軸力對節(jié)點域剪切的影響，可寫成：與式(1)相對比，即設計中節(jié)點域塑性承載力為：式(4)右側(cè)的1/3綜合考慮了忽略剪力項和節(jié)點域在周邊構(gòu)件的影響下承載能力的提高。在我國規(guī)范中引入了調(diào)整系數(shù)，研究表明取節(jié)點域的塑性承載力為該節(jié)點梁的總塑性承載力的0.7倍是合適的。規(guī)范為了避免7度時普遍加厚節(jié)點域，在7度時取0.6o同國外規(guī)范相對比，我國的調(diào)整系數(shù)皆不大于0.8,在一定意義上說明按照我國規(guī)范設計的鋼框架結(jié)構(gòu)，在大震作用下節(jié)點域較早進入塑性,節(jié)點域首先屈服，然后是梁出現(xiàn)塑性較。按照目前我國抗震設計規(guī)范的設計要求，節(jié)點域要在梁產(chǎn)生塑性較之前進入塑性變形，其目的在于充分利用節(jié)點域的抗震滯回耗能性能，但該設計思路同時也帶來了一定的問題。通過節(jié)點域進行抗震耗能的同時，節(jié)點域?qū)a(chǎn)生較大的塑性剪切變形，在較高的應力應變狀態(tài)下易造成框架節(jié)點焊縫的脆性破壞，并在北嶺地震震害和SAC研究中得到體現(xiàn)。新版的AISC規(guī)范重新修訂了節(jié)點域的設計原則，取消了0.8倍的調(diào)整系數(shù)，其設計理念類似于日本規(guī)范。然而，目前我國抗震設計規(guī)范中鋼框架節(jié)點域的設計方法并沒有進行相應的調(diào)整，仍然采用較多利用節(jié)點域塑性耗能的方法，因此,對于按照我國規(guī)范設計鋼框架進行抗震性能分析時,更應重視節(jié)點域的抗震性能分析，在分析模型中考慮節(jié)點域模型。.節(jié)點域合理分析模型的建立節(jié)點域的分析模型需要正確反映節(jié)點域的實際受力變形情況。Krawinkler通過實驗分析總結(jié)出：1）節(jié)點域的塑性剪切承載能力包括柱腹板抗剪和節(jié)點域發(fā)生剪切變形時拐角處柱翼緣的彎曲變形而產(chǎn)生的抗力。2）節(jié)點域的受力變形曲線為三折線，由兩折線的柱腹板剪切變形曲線和柱翼緣剪切變形曲線疊加產(chǎn)生。見圖lo圖中彈性剪切剛度Ke為：Ke即為柱腹板的彈性剪切剛度，式中G為柱體材料的剪切模量。當節(jié)點域柱腹板進入屈服后，節(jié)點域拐角處柱翼緣的彎曲變形提供了附加的節(jié)點域剪切剛度?？傻们罂辜魟偠菿p為：式中參數(shù)意義參見圖1,be為柱翼緣的寬度。硬化系數(shù)取0.03o.結(jié)語分析表明，本文所提出的剪力一剪切變形三折線模型體現(xiàn)了節(jié)點域抗剪能力的實際情況，即節(jié)點板域的抗剪能力和柱翼緣的抗剪能力組合，合理體現(xiàn)了節(jié)點域的實際抗震力學機理。其符合我國規(guī)范中所采用的節(jié)點域力學模型，且具有較好的分析可操作性。與試驗結(jié)果對比證明基于該節(jié)點域模型分析得到的鋼框架整體抗震性能較為符合實際情況。參考文獻：[1]王浩，李志剛，蔡益燕.節(jié)點域性能的研究[J].鋼結(jié)構(gòu)，2005,20(1)：68-70.：2]RoederCW.Stateofartreportonconnectionperformance[R].Washington,D.C：theSAC