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正文內(nèi)容

美日地震后兩國對鋼框架節(jié)點設(shè)計的改進措施(編輯修改稿)

2024-07-14 22:40 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】  實際工程中,往往焊接后將焊接襯板留在原處,這種做法已經(jīng)表明,對連接的破壞具有重要影響。在加州大學進行的試驗表明,襯板與柱翼緣之間形成一條未熔化的垂直界面,相當于一條人工縫,在梁翼緣的拉力作用下會使該裂縫擴大,引起脆性破壞。 其它人員的研究也得出相同結(jié)果。  1995年加州大學Popov等所作的試驗,再現(xiàn)了節(jié)點的脆性破壞,破裂的速度很高, 事前并無延性表現(xiàn),因此破壞是災難性的。研究指出,受拉時切口部位應力最大,破壞是三軸應力引起的,表現(xiàn)為脆性破壞,外觀無屈服。他們還通過有限元模擬計算,得出最大應力集中系數(shù)出現(xiàn)在梁緣焊接襯板連接處中部,破壞時裂縫將從應力集中系數(shù)最大的地方開始,此一結(jié)論已為試驗所證實。研究表明:大多數(shù)節(jié)點破壞都起源于下部襯板處。引弧板同樣也會引發(fā)裂縫。 梁翼緣坡口焊縫出現(xiàn)的超應力[3]  北嶺地震后對震前節(jié)點進行的分析表明,當梁發(fā)展到塑性彎矩時,梁下翼緣坡口焊縫處會出現(xiàn)超高應力。超應力的出現(xiàn)因素有:當螺栓連接的腹板不足以參加彎矩傳遞時, 柱翼緣受彎導致梁翼緣中段存在著較大的集中應力;在供焊條通過的焊接工藝孔處,存著附加集中應力;據(jù)觀察,有一大部分剪力實際是由翼緣焊縫傳遞,而不是象通常設(shè)計假設(shè)的那樣由腹板的連接傳遞。梁翼緣坡口焊縫的應力很高,很可能對節(jié)點破壞起了不利影響。Popov[4]采用8節(jié)點塊體單元有限元模擬分析發(fā)現(xiàn),節(jié)點應力分布的最高應力點, 是在梁的翼緣焊縫處和節(jié)點板域,節(jié)點板域的屈服從中心開始,然后向四周擴散。 嶺前進行的大量試驗表明,當焊縫不出現(xiàn)裂紋時,節(jié)點受力情況也常常不能滿足坡口焊縫 近處梁翼緣母材不出現(xiàn)超應力的要求。日本利用震前帶有工藝孔的節(jié)點,在試驗荷載下由 應變儀測得的工藝孔端點翼緣內(nèi)外的應變分布,應變集中傾向出現(xiàn)在翼緣外側(cè)端部,內(nèi)側(cè)則在工藝孔端部,,不僅大于工藝孔 造成的不連續(xù)性,還在于工藝孔部分梁腹板負擔的一部分剪力由翼緣去承擔了,使翼緣和 柱隔板上產(chǎn)生了二階彎曲應力。這些試驗與分析均指出,今后對節(jié)點性? 艿母慕?,矄决?nbsp。改善焊縫,而且還應降低梁翼緣坡口焊縫處的應力水平。 3.5 其它因素[3] 有很多其它因素也被認為對節(jié)點破壞產(chǎn)生潛在影響,包括:梁的屈服應力比規(guī)定的最小值高出很多;柱翼緣板在厚度方向的抗拉強度和延性不確定;柱節(jié)點域過大的剪切屈服和變形產(chǎn)生不利影響;組合樓板產(chǎn)生負面影響。這些影響因素可能還需要一定時間進行爭論, 才能弄清楚。 4. 改進節(jié)點設(shè)計的途徑 4.1 將塑性鉸的位置外移[2][3][4]  在北嶺地震之前,美國UBC和NEHRP兩本法規(guī)對節(jié)點設(shè)計的規(guī)定,都是根據(jù)在柱 面產(chǎn)生塑性鉸的假定提出的。由于在北嶺地震中發(fā)現(xiàn)梁在柱面并沒有產(chǎn)生塑性變性,卻出現(xiàn)了裂縫。切口處的破壞是由三軸應力引起的,從而導致了脆性破壞。過去采用的焊接鋼 框架節(jié)點標準構(gòu)造,不能提供可靠的非彈性變形。試驗表明,其節(jié)點轉(zhuǎn)動能力不超過 O.005rad,大大小于SAC建議的最小塑性轉(zhuǎn)動能力0.03rad。另一方面,從受力情況看, 塑性鉸出現(xiàn)在柱面附近的梁上,還可能在柱翼緣的材料中引起很大的厚度方向應變,并對 焊縫金屬及其周圍的熱影響區(qū)提出較高的塑性變形要求,這些情況也可能導致脆性破壞。 因此,為了取得可靠的性能,最好還是將梁柱連接在構(gòu)造上使塑性鉸外移。將塑性 位置從柱面外移有兩種方法,一種是將節(jié)點部位局部加強,一種是在離開柱面一定距離處將梁截面局部削弱。鋼梁中的塑性鉸典型長度約為梁高的一半,當對節(jié)點局部加強時,可取塑性鉸位置為距加強部分的邊緣處梁高的1/3。節(jié)點局部加強固然也可使塑性鉸外移, 但應十分注意不要因此出現(xiàn)弱柱,有背強柱弱梁的原則。  也有一部分專業(yè)技術(shù)人員認為,在構(gòu)造上采取某些措施仍可使塑性鉸出現(xiàn)在柱面附近, 這些措施包括限制構(gòu)件的截面,控制梁柱鋼材的有關(guān)強度,使母材和焊縫金屬有足夠的沖擊韌性,在節(jié)點構(gòu)件上消除缺口效應等。但是由于沒有足夠的研究來肯定這些建議,使得這種建議在美國遲遲未能落實。而將塑性鉸自柱面外移的建議,試驗已表明是可行的和行之有效的。目前,美國對節(jié)點局部加強及梁截面減弱,都已提出了若干構(gòu)造方案。實際上,將梁截面減弱使塑性鉸外移的方法,早在北嶺地震以前即有學者提 出過,北嶺地震后又作了研究,在技術(shù)上己較成熟[4] ,從近期在美國鹽湖城建造的25層辦公 樓中采用的犬骨式(dogbone)連接,就可以看到它的構(gòu)造細節(jié)。目前,美國雖未提出 今后在抗震框架中推薦采用何種節(jié)點形式,但從實際情況看,上述犬骨式連接已成為主導形式[3] 。因它制作方便、省工,由美國公司設(shè)計的我國天津國貿(mào)大廈鋼框架中也已采用了 這種節(jié)點形式。  日本阪神地震后,沒有象美國采用將
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