钢结构梁柱节点抗震性能研究

　　随着国家建设发展速度的快速发展，钢结构体系在建筑工程中的应用越来越广泛。钢结构建筑平面布置灵活、抗震性能好、计算理论相对成熟。钢结构建筑是由钢梁、钢柱构件通过节点连接构成，连接节点是保证梁与柱协同工作、形成结构整体的关键部件，它的性能直接影响结构体系的刚度、稳定性和承载能力。在震害中，钢结构建筑部分破坏表现为：梁柱节点部位发生了断裂、脆性断裂，梁柱节点焊缝连接发生破坏等。因此钢结构梁柱连接节点抗震性能存在着不足。 

　　常见梁-柱节点抗震设计及构造措施 

　　通过提高梁柱联接节点处焊缝材料强度、韧性、施工质量和焊接工艺、改进焊接工艺孔的形状和尺寸，设计耗能元件的连接节点，加强或削弱梁柱连接节点，改善梁柱节点抗震性能。其中削弱梁柱节点较为常用。 

　　目前高层钢框架梁柱节点连接的主要采用刚性连接。常见有三种刚性连接：①全部焊连接；②全部栓连接；③栓焊连接。其中螺栓与焊接连接最为常用。典型的栓焊刚性梁柱连接形式见图1-图4。国内外试验研究结果表明，全栓连接施工方便却方面费用太高；而栓焊连接表现出良好的抗震性能造价又低的优点。因此大多数梁柱连接采用栓焊混合连接。 

　　梁-柱刚性连接抗震受力特点 

　　栓焊混合连接方式（梁翼缘与柱子翼缘全熔透焊接、梁腹板与柱翼缘螺栓连接），栓焊混合连接施工方便，经济性好，刚度和强度稳定。工字形或H型钢梁与柱子连接时，若采用焊接，受施焊条件，焊缝缺陷以及焊接的残余应力等因素的影响，则其连接的抗弯承载力会降低。在实际震害中，有很多在节点区域出现了脆性破坏或者钢梁出现了塑形变形，表现为梁下翼缘与柱子之间的全熔透焊缝出现裂纹，全融透焊缝与母材之间形成贯通裂缝，梁焊接在一起的柱翼缘被撕裂，裂缝贯穿柱子翼缘，裂纹贯穿整个板域。改进型节点具体措施及受力特征如下： 

　　（1）狗骨型节点 

　　在梁上翼缘焊缝的附近，沿梁的轴向对其上下翼缘板分别进行了对称的圆弧状切割，梁上被削弱的翼缘区在这种节点上起到“ 保险丝”作用，迫使大震作用下的塑性铰离开性能相对差的翼缘焊缝而出现在塑性较好的梁上，在往复载荷载实验作用下，狗骨型节点的应力应变滞回曲线呈稳定而丰满的纺锤形，表现出良好的延性。狗骨型节点会使强度削弱4%-7%。如《多高层民用建筑钢结构节点构造详图》（01SG519）标准图集中推荐采用扩翼狗骨型（工地焊缝）、扩翼狗骨型（工厂焊缝）和盖板加强狗骨型的三种箱柱-H钢梁节点，标准节点实现了塑性铰外移的目的，抗震性能较好。 

　　（2）梁腹板开槽型节点 

　　此节点保护了梁翼缘焊缝，梁柱塑性铰的位置位于距剪切连接板端部约一半梁高的位置，减小了节点焊缝处的应力集中，改善了节点焊缝的受力状况，节点破坏表现为梁翼缘板的局部屈曲破坏。 

　　（3）梁腹板打孔型节点 

　　梁腹板开孔构造可以使得开孔截面局部转动变形增大，破坏一般会使梁腹板发生局部屈曲，降低了脆性破坏的可能性。 

　　（4）边板节点 

　　节点处的边板全部采用工厂焊接，避免了梁端工地焊缝。 

　　存在问题及不足 

　　1.截面削弱降低了梁的承载力与刚度，影响整体钢结构的承载力。 

　　2.不经济、材料浪费，钢结构构件加工精度要求较高。 

　　3.部分节点没有达到预期的延性，需花费大量的维修费用。 

　　4.钢框架栓焊混合刚性连接的受力性能、破坏机理的研究不足。 

　　5.梁端加强型节点加强了梁端，同时必须加大柱子截面尺寸，造成造价的增加。 

　　6.标准图集《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图（含2004年局部修改版》（01SG519）中推荐了几种抗震性能节点型式，但节点抗震性能需要试验及理论检验其抗震可靠性。 

　　结语 

　　在多层和高层钢结构抗震设计中，梁柱刚性连接节点设计是一个非常重要的组成部分，因其设计得是否恰当将直接影响到结构承载力的安全性和可靠性。震害后钢结构节点更换维修更需深入的分析和总结，提出改进钢结构节点的抗震性能建议和措施。