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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