鋼結(jié)構(gòu)新型延性節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用

前言

第1章 緒論

1.1 傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)的類型和震害分析

1.2 鋼框架塑性鉸外移新型抗震節(jié)點(diǎn)的類型和設(shè)計(jì)原理

1.3 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

1.4 鋼框架塑性鉸外移新型抗震節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用與發(fā)展

第2章 削弱型節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能

2.1 引言

2.2 削弱型節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的試驗(yàn)研究

2.3 削弱型節(jié)點(diǎn)靜力荷載作用下的有限元分析

2.4 削弱型節(jié)點(diǎn)低周循環(huán)荷載作用下有限元分析

2.5 有限元與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

2.6 削弱型節(jié)點(diǎn)鋼框架的動(dòng)力特性

第3章 削弱型節(jié)點(diǎn)鋼框架的內(nèi)力和穩(wěn)定性

3.1 引言

3.2 削弱型節(jié)點(diǎn)鋼框架的內(nèi)力

3.3 削弱型節(jié)點(diǎn)鋼框架梁的整體穩(wěn)定

3.4 削弱型節(jié)點(diǎn)鋼框架柱的整體穩(wěn)定

第4章 擴(kuò)大型節(jié)點(diǎn)的滯回性能

4.1 引言

4.2 直接擴(kuò)翼型節(jié)點(diǎn)的滯回性能試驗(yàn)

4.3 擴(kuò)大型節(jié)點(diǎn)滯回性能的有限元分析

4.4 擴(kuò)大型節(jié)點(diǎn)損傷退化性能

4.5 擴(kuò)大型節(jié)點(diǎn)斷裂特性

第5章 過(guò)渡板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)的滯回性能

5.1 引言

5.2 過(guò)渡板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)滯回性能試驗(yàn)研究

5.3 過(guò)渡板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)滯回性能的有限元分析

第6章 蓋板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)的滯回性能

6.1 引言

6.2 蓋板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)滯回性能的試驗(yàn)研究

6.3 蓋板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)滯回性能的有限元分析

第7章 鋼框架焊接節(jié)點(diǎn)的斷裂性能

7.1 引言

7.2 焊接節(jié)點(diǎn)脆性斷裂的評(píng)估指標(biāo)

7.3 板式加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)的斷裂性能分析

7.4 不同構(gòu)造形式焊接節(jié)點(diǎn)的斷裂性能對(duì)比分析

第8章 直接擴(kuò)翼型節(jié)點(diǎn)鋼框架的動(dòng)力特性和滯回性能

8.1 引言

8.2 直接擴(kuò)翼型節(jié)點(diǎn)鋼框架的擬動(dòng)力試驗(yàn)

8.3 直接擴(kuò)翼型節(jié)點(diǎn)鋼框架的滯回性能試驗(yàn)

8.4 有限元分析

參考文獻(xiàn) 2100433B

《鋼結(jié)構(gòu)新型延性節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用》系統(tǒng)地闡述了作者在鋼結(jié)構(gòu)新型延性節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法、工程應(yīng)用方面的創(chuàng)新性科研成果。內(nèi)容主要包括：削弱型節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能以及鋼框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和穩(wěn)定性分析、不同構(gòu)造形式加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)的抗震性能試驗(yàn)研究、焊接節(jié)點(diǎn)斷裂特性的有限元分析、加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)鋼框架的抗震性能分析。

《鋼結(jié)構(gòu)新型延性節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用》可供土木工程專業(yè)和工程力學(xué)專業(yè)的設(shè)計(jì)人員、研究人員和高校教師參考，也可作為相關(guān)專業(yè)研究生學(xué)習(xí)用書。

鋼結(jié)構(gòu)新型抗震節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用第1章

緒論

1.1 傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)的類型和震害分析

1.2 鋼框架塑性鉸外移新型抗震節(jié)點(diǎn)的類型和設(shè)計(jì)原理

1.3 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

1.4 鋼框架塑性鉸外移新型抗震節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用與發(fā)展

鋼結(jié)構(gòu)新型抗震節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用第2章

削弱型節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能

2.1 引言

2.2 削弱型節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的試驗(yàn)研究

2.3 削弱型節(jié)點(diǎn)靜力荷載作用下的有限元分析

2.4 削弱型節(jié)點(diǎn)低周循環(huán)荷載作用下有限元分析

2.5 有限元與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

2.6 削弱型節(jié)點(diǎn)鋼框架的動(dòng)力特性

鋼結(jié)構(gòu)新型抗震節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用第3章

削弱型節(jié)點(diǎn)鋼框架的內(nèi)力和穩(wěn)定性

3.1 引言

3.2 削弱型節(jié)點(diǎn)鋼框架的內(nèi)力

3.3 削弱型節(jié)點(diǎn)鋼框架梁的整體穩(wěn)定

3.4 削弱型節(jié)點(diǎn)鋼框架柱的整體穩(wěn)定

鋼結(jié)構(gòu)新型抗震節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用第4章

擴(kuò)大型節(jié)點(diǎn)的滯回性能

4.1 引言

4.2 直接擴(kuò)翼型節(jié)點(diǎn)的滯回性能試驗(yàn)

4.3 擴(kuò)大型節(jié)點(diǎn)滯回性能的有限元分析

4.4 擴(kuò)大型節(jié)點(diǎn)損傷退化性能

4.5 擴(kuò)大型節(jié)點(diǎn)斷裂特性

鋼結(jié)構(gòu)新型抗震節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用第5章

過(guò)渡板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)的滯回性能

5.1 引言

5.2 過(guò)渡板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)滯回性能試驗(yàn)研究

5.3 過(guò)渡板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)滯回性能的有限元分析

鋼結(jié)構(gòu)新型抗震節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用第6章

蓋板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)的滯回性能

6.1 引言

6.2 蓋板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)滯回性能的試驗(yàn)研究

6.3 蓋板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)滯回性能的有限元分析

鋼結(jié)構(gòu)新型抗震節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用第7章

鋼框架焊接節(jié)點(diǎn)的斷裂性能

7.1 引言

7.2 焊接節(jié)點(diǎn)脆性斷裂的評(píng)估指標(biāo)

7.3 板式加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)的斷裂性能分析

7.4 不同構(gòu)造形式焊接節(jié)點(diǎn)的斷裂性能對(duì)比分析

鋼結(jié)構(gòu)新型抗震節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用第8章

直接擴(kuò)翼型節(jié)點(diǎn)鋼框架的動(dòng)力特性和滯回性能

8.1 引言

8.2 直接擴(kuò)翼型節(jié)點(diǎn)鋼框架的擬動(dòng)力試驗(yàn)

8.3 直接擴(kuò)翼型節(jié)點(diǎn)鋼框架的滯回性能試驗(yàn)

8.4 有限元分析

參考文獻(xiàn)

【作 者】王燕著

王燕，青島理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，工學(xué)博士。兼任國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部高等學(xué)校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)委員，中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)專家委員會(huì)委員，中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)專家委員會(huì)委員，中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)穩(wěn)定與疲勞協(xié)會(huì)常務(wù)理事，《工業(yè)建筑》、《鋼結(jié)構(gòu)》雜志編委。享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專家，山東省有突出貢獻(xiàn)的中青年專家，榮獲國(guó)家級(jí)教學(xué)名師獎(jiǎng)、寶鋼教育基金優(yōu)秀教師特等獎(jiǎng)。長(zhǎng)期從事結(jié)構(gòu)工程學(xué)科鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及其工程應(yīng)用領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作，先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、高等學(xué)校博士點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》科研專項(xiàng)基金項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目、青島市科技攻關(guān)項(xiàng)目、青島市建設(shè)科技項(xiàng)目以及橫向重大科技開發(fā)等科研項(xiàng)目40余項(xiàng)。主持的科研項(xiàng)目先后獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，山東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，青島市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)；獲得國(guó)家實(shí)用新型專利2項(xiàng)；主持的教學(xué)研究項(xiàng)目先后獲得國(guó)家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，山東省優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。出版學(xué)術(shù)專著2部、主編教材2部、參編國(guó)家規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4部，已培養(yǎng)50余名博士、碩士和博士后研究人員，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文1 50余篇，教學(xué)研究論文近20篇。

【出版發(fā)行信息】 北京市：科學(xué)出版社 , 2012.05

【中圖法分類號(hào)】TU391.04 (工業(yè)技術(shù)>建筑科學(xué)>建筑結(jié)構(gòu)>金屬結(jié)構(gòu)>鋼結(jié)構(gòu))

【參考文獻(xiàn)格式】王燕著. 鋼結(jié)構(gòu)新型抗震節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用. 北京市：科學(xué)出版社, 2012.05.

【內(nèi)容提要】 本書系統(tǒng)介紹地闡述了作者在鋼結(jié)構(gòu)新型抗震節(jié)點(diǎn)的理論、試驗(yàn)方法和設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新性研究成果。內(nèi)容主要包括：鋼框架梁翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能分析；鋼框架各種不同構(gòu)造形式加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)的延性及滯回性能分析；翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)鋼框架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性、內(nèi)力、結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性能分析。 《鋼結(jié)構(gòu)新型延性節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用》系統(tǒng)地闡述了作者在鋼結(jié)構(gòu)新型延性節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法、工程應(yīng)用方面的創(chuàng)新性科研成果。內(nèi)容主要包括：削弱型節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能以及鋼框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和穩(wěn)定性分析、不同構(gòu)造形式加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)的抗震性能試驗(yàn)研究、焊接節(jié)點(diǎn)斷裂特性的有限元分析、加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)鋼框架的抗震性能分析。

第1章 緒論

1.1 傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)的類型和震害分析

1.1.1 傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)的類型

鋼結(jié)構(gòu)梁柱結(jié)合的部分稱為梁柱節(jié)點(diǎn)或梁柱連接，它在結(jié)構(gòu)中起到重要作用。在正常使用狀態(tài)下，鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)將梁與柱連成整體，使結(jié)構(gòu)能夠有效地承受重力、風(fēng)載等外部荷載。在強(qiáng)烈地震作用下，梁端和節(jié)點(diǎn)域產(chǎn)生塑性變形，形成塑性鉸，有效地吸收和耗散能量，使結(jié)構(gòu)能夠做到大震不倒、小震可修。連接節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能還會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的整體行為，如結(jié)構(gòu)變形、自振周期、地震反應(yīng)和結(jié)構(gòu)內(nèi)力。根據(jù)受力變形特征，鋼結(jié)構(gòu)梁與柱的連接可以劃分為以下三類。

（1）剛性連接。如圖1.1（a）所示，梁柱間無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，連接可以承受彎矩和剪力。這種連接節(jié)點(diǎn)的彈性剛度大于或等于構(gòu)件的彈性剛度。習(xí)慣上，若連接轉(zhuǎn)動(dòng)約束達(dá)到理想剛接的90%以上就認(rèn)為是剛性連接[1] ，如圖1.2中Ⅰ區(qū)域所示。

（2）鉸支連接。如圖1.1（b）所示，梁柱間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，連接不能承受彎矩和剪力。該節(jié)點(diǎn)的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于構(gòu)件的剛度，在計(jì)算時(shí)可以認(rèn)為等于零。通常當(dāng)梁柱軸線夾角的改變量達(dá)到理想鉸接的80%時(shí)就認(rèn)為是鉸接[2] ，如圖1.2中Ⅲ區(qū)域所示。

（3）半剛性連接。如圖1.1（c）所示，梁柱間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，能承受剪力和一定的彎矩，具有一定的剛度，如圖1.2中Ⅱ區(qū)域所示。

圖1.1 鋼框架梁柱連接結(jié)構(gòu)的受力與變形形式

為了區(qū)分鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接的類型，《歐洲鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（EC3）》[3] 給出量化的分類方法，如圖1.3所示。當(dāng)梁柱連接的彎矩"para" label-module="para">

為鉸支連接；介于兩者之間的為半剛性連接。

圖1.3 《歐洲鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（EC3）》的梁柱連接分類方法

鉸支連接構(gòu)造簡(jiǎn)單，但剛度較低，對(duì)結(jié)構(gòu)變形不利，適用于次要構(gòu)件的連接；半剛性連接具有較好的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但對(duì)結(jié)構(gòu)的變形和承載能力有一定影響，適用于單層門式鋼架或低層框架結(jié)構(gòu)的連接；剛性連接剛度大，承載力高，受力性能好，但對(duì)節(jié)點(diǎn)加工制作要求較高。對(duì)于多、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接大多采用剛性連接，傳統(tǒng)梁柱剛性連接的主要構(gòu)造形式有三種。

（1）全焊接節(jié)點(diǎn)[圖1.4（a）]，梁的上下翼緣和腹板均與柱采用焊接連接，翼緣與柱采用全熔透坡口焊，腹板采用角焊縫與柱相連；

（2）栓焊混合節(jié)點(diǎn)[圖1.4（b）]，梁的上下翼緣采用全熔透坡口焊，腹板采用高強(qiáng)螺栓與柱相連；

（3）全栓接節(jié)點(diǎn)[圖1.4（c）]，梁翼緣和腹板均采用高強(qiáng)螺栓與柱連接。

圖1.4 梁柱剛性連接構(gòu)造形式

1.1.2 傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)的震害分析

圖1.4（b）所示為傳統(tǒng)梁柱栓焊混合剛性連接，這種連接形式在1994年美國(guó)北嶺（Northridge）地震和1995年日本阪神（HanshinAwaji）地震之前得到了大量應(yīng)用，主要應(yīng)用于多、高層鋼框架建筑結(jié)構(gòu)中。當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為這種按抗震設(shè)計(jì)的鋼

第1章 緒論

框架，在強(qiáng)震作用下節(jié)點(diǎn)能夠基于材料的延性，保證結(jié)構(gòu)產(chǎn)生塑性變形，在梁內(nèi)而不是柱內(nèi)產(chǎn)生塑性鉸，通過(guò)塑性區(qū)的形成和轉(zhuǎn)動(dòng)耗散地震輸入的能量，使節(jié)點(diǎn)免于破壞，并保證結(jié)構(gòu)的整體性使其免于倒塌，實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的設(shè)計(jì)思想。然而，在美國(guó)北嶺和日本阪神地震中，這種傳統(tǒng)梁柱剛性連接節(jié)點(diǎn)并沒(méi)有表現(xiàn)出人們所期待的延性，而是產(chǎn)生了大量的脆性破壞，導(dǎo)致大量鋼框架出現(xiàn)斷裂和倒塌，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。圖1.5給出1994年美國(guó)北嶺地震震后觀察到的梁柱連接焊縫處的失效模式[4～6] 。

圖1.5 美國(guó)北嶺地震中梁柱焊接節(jié)點(diǎn)的失效模式

圖1.5（a）的失效模式是一種很普遍的斷裂形式，焊縫與柱翼緣完全脫離開。但許多情況下裂紋并不總沿著焊縫和柱的界面擴(kuò)展。在很多情況中，斷裂從墊板和柱的交界處開始，然后沿柱翼緣母材擴(kuò)展，最后撕下一部分柱翼緣母材[圖1.5（c）]，而裂紋如圖1.5（d）所示在柱翼緣中停止擴(kuò)展的情形更多。圖1.5（e）所示裂紋從焊趾產(chǎn)生并擴(kuò)展穿透梁翼緣的熱影響區(qū)，這種在試驗(yàn)研究中常見的情形在北嶺地震中并不多見。其余的連接失效主要發(fā)生在柱截面中，柱翼緣的層狀撕裂[圖1.5（f）]、柱翼緣開裂[圖1.5（g）]，甚至擴(kuò)展到柱的腹板中[圖1.5（h）]，這種情形較前者更為顯著。柱翼緣的開裂與連接處的翼緣應(yīng)變狀況有關(guān)，進(jìn)而與截面尺寸、鋼材型號(hào)、焊接工藝、焊接質(zhì)量、連接構(gòu)造細(xì)節(jié)和外力有關(guān)。也有少數(shù)柱腹板中的裂紋向上擴(kuò)展至梁上翼緣連接處的情形。

1995年日本阪神地震中梁柱焊接節(jié)點(diǎn)斷裂模式如圖1.6所示[6，7] ，圖中“1”表示翼緣斷裂，“2”和“3”表示熱影響區(qū)斷裂，“4”表示橫隔板斷裂，上述連接發(fā)生破壞時(shí)，梁翼緣已有顯著屈服或局部屈曲現(xiàn)象，該現(xiàn)象在美國(guó)北嶺地震中沒(méi)有出現(xiàn)。另外，對(duì)比圖1.5和圖1.6可以看出，兩次地震中梁柱節(jié)點(diǎn)的斷裂模式明顯不同，

阪神地震中裂紋主要向梁一側(cè)擴(kuò)展，如圖1.6所示，而北嶺地震中裂紋主要向柱一側(cè)擴(kuò)展，這種差別與梁柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造形式有關(guān)。

圖1.6 日本阪神地震中梁柱焊接節(jié)點(diǎn)的失效模式

根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦突發(fā)事件管理局（FederalEmergencyManagementAgency，F(xiàn)EMA）等研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行的試驗(yàn)研究表明[8~10] ，傳統(tǒng)鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)連接引起破壞的主要原因如下。

（1）梁柱連接處存在較為嚴(yán)重的應(yīng)力狀態(tài)。圖1.7（a）為地震作用時(shí)鋼框架橫梁的彎矩分布，圖1.7（b）、（c）為梯形鋼板模擬在地震力作用下，翼緣板L1段在遠(yuǎn)端受一均勻應(yīng)力場(chǎng)作用的變截面鋼板受均勻外力作用，由于固定端的約束作用產(chǎn)生應(yīng)力/應(yīng)變集中現(xiàn)象，塑性應(yīng)變無(wú)法擴(kuò)散而集中于端部，又因?yàn)樵撎幗孛孀畋∪?，所以此處的梁端彎矩和剪力必須通過(guò)梁翼緣端部與柱翼緣的連接焊縫和剪切板傳給柱，但這些部位的截面面積和截面模量一般都小于被連接的梁本身，結(jié)果使該部位產(chǎn)生很高的應(yīng)力集中，造成脆性斷裂。

圖1.7 鋼框架梁端應(yīng)力分布

（2）梁下翼緣與柱翼緣間的連接焊縫通常都是在現(xiàn)場(chǎng)俯焊，焊工一般騎在梁的上翼緣。在此位置施焊，每一條焊道在梁腹板處都要中斷、中止或重新引弧，這種焊接方式導(dǎo)致該部位的焊縫質(zhì)量很差，含有熔渣、不熔和其他缺陷。當(dāng)連接受到高應(yīng)力或有很大變形要求時(shí)，這些缺陷成為裂縫的發(fā)源地。

（3）連接的基本形式使得工程人員很難對(duì)梁翼緣與柱翼緣連接焊縫根部隱藏的缺陷進(jìn)行檢查。通常焊接襯板在施焊完畢后都留在原處，對(duì)焊根的外觀檢查形成障礙。因此，主要檢測(cè)方法是進(jìn)行超聲波探傷，但是節(jié)點(diǎn)的幾何形狀使超聲波探傷很難可靠地查出在梁翼緣焊縫根部的裂縫，特別是在焊縫中部腹板附近的裂縫，形成引發(fā)裂縫的源頭。

（4）梁柱連接的典型設(shè)計(jì)模式是假設(shè)梁的彎曲應(yīng)力全部由翼緣承受，剪力由腹板承受，但實(shí)際上由于柱變形出現(xiàn)的邊界條件，梁翼緣在連接處承受了很大一部分梁的剪力。其結(jié)果導(dǎo)致梁翼緣不但在柱面處承受很大的彎曲應(yīng)力，而且在焊縫中產(chǎn)生了很大的次應(yīng)力。這種效應(yīng)引起的應(yīng)力集中對(duì)梁柱翼緣間全熔透焊縫焊根部位的承載力提出了很高要求，而該部位常常存在很多熔渣和嚴(yán)重的不連接，很容易引發(fā)裂縫。

（5）梁翼緣與柱翼緣連接處的鋼材，因受約束而不能運(yùn)動(dòng)，當(dāng)柱翼緣較厚時(shí)此情況更為突出，這種約束情況使得該處鋼材不能屈服，在焊縫中引起局部高應(yīng)力，加劇了焊縫缺陷引發(fā)裂縫的傾向。

（6）1985~1994年美國(guó)的設(shè)計(jì)規(guī)定鼓勵(lì)在梁柱節(jié)點(diǎn)中采用弱節(jié)點(diǎn)域。在過(guò)分弱的節(jié)點(diǎn)域中，組件的非彈性受力性能受節(jié)點(diǎn)域的剪切變形控制。節(jié)點(diǎn)域剪切變形導(dǎo)致梁柱翼緣間連接焊縫附近的柱翼緣出現(xiàn)局部彎折，進(jìn)一步增加了該敏感區(qū)對(duì)應(yīng)力和應(yīng)變的需要。

（7）在20世紀(jì)60年代中期，建筑工業(yè)推廣半自動(dòng)焊，在現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)采用藥芯焊條，安裝公司通常采用低沖擊韌性的焊條。當(dāng)焊接速度過(guò)快時(shí)，會(huì)進(jìn)一步加劇沖擊韌性降低，遺憾的是焊工的施焊速度一般較快，其結(jié)果使在帶有較大缺陷的焊縫中的應(yīng)力接近梁鋼材的屈服強(qiáng)度。

（8）早期鋼框架一般設(shè)計(jì)成冗余度較高的結(jié)構(gòu)，幾乎所有的梁柱連接都成為抗側(cè)力體系中的一部分，結(jié)果造成構(gòu)件截面較小。隨著勞動(dòng)力費(fèi)用的提高，采用較少的剛性連接可以省工，故梁柱構(gòu)件做得較大。鋼框架構(gòu)件對(duì)應(yīng)變能力的要求與構(gòu)件的跨高比有關(guān)，這樣，隨著構(gòu)件截面增大，連接對(duì)脆性受力狀態(tài)更加敏感。

（9）20世紀(jì)60~70年代，對(duì)鋼框架開展了很多初期研究，鋼梁通常采用A36鋼（相當(dāng)于Q235）。進(jìn)入80年代，很多鋼廠采用現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝，包括用廢鋼煉鋼，廢鋼中含有很多微合金元素，使得鋼材強(qiáng)度提高。盡管是用A36鋼制作的梁，但其實(shí)際屈服強(qiáng)度接近甚至超過(guò)50級(jí)鋼（相當(dāng)于Q345）。由于母材屈服強(qiáng)度的提高，梁柱翼緣間的焊縫金屬與母材不匹配，對(duì)連接發(fā)生破壞有一定影響。

1.2 鋼框架塑性鉸外移新型抗震節(jié)點(diǎn)的類型和設(shè)計(jì)原理

為解決傳統(tǒng)鋼框架梁柱連接節(jié)點(diǎn)焊縫脆性開裂問(wèn)題，各國(guó)學(xué)者針對(duì)梁柱連接節(jié)點(diǎn)的抗震性能及延性開展了大量的試驗(yàn)研究。強(qiáng)柱弱梁、節(jié)點(diǎn)更強(qiáng)的試件可以發(fā)揮梁的塑性承載力，形成梁鉸破壞機(jī)構(gòu)，從而具有較大的塑性變形能力和耗能能力，即具有良好的抗震性能[11～21]。解決鋼框架連接抗震性能問(wèn)題的基本途徑是將塑性鉸外移，通過(guò)對(duì)鋼梁截面進(jìn)行削弱或加強(qiáng)，使強(qiáng)震時(shí)梁的塑性鉸自柱面外移，從而避免脆性破壞。雖然兩種形式的目的相同，但各有特點(diǎn)，前者通過(guò)對(duì)距梁柱連接處一定距離的梁翼緣或者腹板進(jìn)行削弱，后者則是對(duì)梁翼緣加設(shè)過(guò)渡板或腋板等構(gòu)造措施，促使梁端塑性變形在削弱區(qū)或加強(qiáng)區(qū)末端的位置出現(xiàn)并擴(kuò)展，使強(qiáng)震時(shí)梁的塑性鉸自柱面外移，從而避免節(jié)點(diǎn)過(guò)早出現(xiàn)裂縫發(fā)生脆性破壞，以達(dá)到延性設(shè)計(jì)目的。

1.2.1 削弱型節(jié)點(diǎn)

削弱型節(jié)點(diǎn)包括梁腹板開孔型、梁腹板切縫型和梁翼緣削弱型（reducedbeamsection，RBS）三種連接形式，如圖1.8所示。

圖1.8 梁削弱型連接形式

削弱型節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)思想是根據(jù)地震彎矩梯度對(duì)節(jié)點(diǎn)附近鋼梁上某一選定區(qū)域進(jìn)行削弱，使得削弱后區(qū)域的截面抵抗彎矩梯度等于該區(qū)域截面地震彎矩需求梯度。由于塑性鉸總是在結(jié)構(gòu)M/Mu最大截面處首先出現(xiàn)，而削弱區(qū)域各截面的M/Mu值大小相等且比梁上其他截面的M/Mu值大，因此，梁上事先選定的削弱區(qū)域能同時(shí)進(jìn)入塑性狀態(tài)，從而獲得一個(gè)放大的塑性區(qū)域，達(dá)到塑性鉸外移的設(shè)計(jì)目的，如圖1.9所示。2100433B