考虑塑性铰外移的钢框架梁柱连接设计

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1、第!"卷第#期建筑结构#$$"年#月考虑塑性铰外移的钢框架梁柱连接设计蔡益燕（中国建筑标准设计研究院北京%$$$""）［提要］介绍美国联邦突发事件管理局（&’()）对%**"年北岭地震中焊接钢框架节点破坏原因的正式解释，说明塑性铰外移的必要性。此外，还介绍了塑性铰外移的两种基本形式以及狗骨式（+,-）连接的有关设计规定和适用条件，其设计方法可供我国工程设计人员参考。［关键词］钢框架连接塑性铰狗骨式（+,-）连接./00123454678592:;379/0<75&’()!=$85<4>4?08@A8550A678

2、5975B03<0<96003@C4>0975<:A0<;DE8C6/C7I68IA83:>5A8550A67859:975?7<048@9/7@675?4B4D234967A/75?0@C8>A83:>5@4A049B03349<097?5C0F:7C0>05698@C0<:A0<;04>90A6785（+,-）A8550A678594C00128:5<0I68IA83:>5A8

3、550A6785；234967A/75?0；+,-A8550A6785一、前言次应力。一些早期的研究对焊缝中这种应力集中的影%**"年北岭地震使焊接钢框架的梁柱连接遭受响进行过研究。此效应引起的应力集中对梁柱翼缘间严重破坏，受到国际钢结构界的广泛关注。根据美国的全熔透焊缝的焊根部位提出了很高的承载力要求，［%］联邦突发事件管理局近期发表的正式文件，引起破而该部位常常存在很多熔渣和严重的不连续，很容易坏的主要原因如下：引发裂缝。（%）梁柱连接处出现十分严重的应力状态，而该处（=）为了使梁柱翼缘间的焊缝在跨越腹板处连

4、续，截面又最薄弱。该处的梁端弯矩和剪力必需通过梁翼在梁腹板上设置了焊缝通过孔。当焊缝通过孔的几何缘端部与柱翼缘的连接焊缝和剪切板传给柱，而这些形状不当时，在这些通过孔的焊缝端部，会出现严重的部位的截面特性，例如截面面积和截面模量，一般都小应变集中。这些应变集中会导致低周疲劳，并在中等于被连接的梁本身，结果使该部位的局部应力很高。的几次反复塑性变形后引发梁翼缘的延性撕裂。当出（#）梁下翼缘与柱翼缘间的连接焊缝通常都是在现很大的塑性弯曲时，这些延性撕裂的裂口会很快变现场俯焊的，焊工一般骑在梁的上翼缘。在此位置施得不稳

5、定，并向梁翼缘扩展。焊，每一焊道在梁腹板处都要中断、中止或重新引弧，（J）梁翼缘与柱翼缘连接处的钢材，因受约束而不这种焊接方式导致该部位的焊缝质量很差，含有熔渣、能运动，当柱翼缘较厚时此情况尤为突出。这种约束不熔和其它缺陷。当连接受到高应力和有很大变形要情况使得该处钢材不能屈服，在焊缝中引起局部高应求时，这些缺陷成为裂缝的发源地。力，加剧了在焊缝缺陷中引发裂缝的倾向。（!）连接的基本形式使得很难对梁翼缘与柱翼缘（K）%*L=!%**"年间美国的设计规定，鼓励在梁连接焊缝的根部隐藏的缺陷进行检查。通常焊接衬板柱的连

6、接节点中采用弱节点域。在过分弱的节点域在施焊完毕后都留在原处，对焊根的外观检查形成障中，组件的非弹性受力性能是受节点域的剪切变形控碍。因此，主要检测方法是进行超声波探伤。但是，节制的。节点域剪切变形导致梁柱翼缘间连接焊缝附近点的几何形状使超声波探伤很难可靠地查出在梁翼缘的柱翼缘出现局部弯折，进一步增加了该敏感区对应焊缝根部的裂缝，特别是在焊缝中部腹板附近的裂缝。力和应变的需求。结果使得很多这种焊缝没有能很好探伤，较大的缺陷（L）在上世纪J$年代中期，建筑工业推广半自动就成了引发裂缝的源头。焊，在现场焊接时采用药芯

7、焊条，安装公司通常采用低（"）虽然梁柱连接的典型设计模式是假设梁的弯冲击韧性的焊条。当焊接速度过快时，冲击韧性降低曲应力全部由翼缘承受，剪力由腹板承受，但实际上由会进一步加剧，遗憾的是焊工的施焊速度一般较快。于柱变形出现的边界条件，使得梁翼缘在连接处承受其结果是在带有较大缺陷的焊缝中的应力接近梁钢材了很大一部分梁的剪力。其结果导致梁翼缘在柱面处的屈服强度。不但承受很大弯曲应力，而且在焊缝中产生了很大的（*）早期钢框架一般设计成赘余度较高的结构，几!乎所有的梁柱连接都成为抗侧力体系中的一部分，结柱弱梁要求，框架柱应

8、有较高的抗弯能力，也就是要适果构件截面较小。随着劳动力费用的提高，发现采用当加大柱截面。刚性连接较少可以省工，故梁柱构件做得较大。钢框截面减弱也能在梁端形成薄弱部位，/-0连接的架构件对应变能力的要求与构件的跨高比有关；这样，特点是当减弱处出现塑性铰时，梁端基本处于弹性状随着构件截面增大，连接对脆性受力状态更加敏感。态，对柱的抗弯能力要求与原来框架相比不是增大，而［(］（