新型钢结构梁端翼缘削弱型梁柱节点受力性能研究

刘辉

摘要：随着当今社会经济与城市化进程的发展，建筑工程在数量和规模上不断扩大。同时，建筑工程技术也获得了不断地发展与进步。就目前的建筑工程而言，钢结构已经得到了越来越广泛的应用。为提升钢结构在我国建筑工程中的应用效果，保障整体结构的强度及其受力性能，本文对新型钢结构架端梁翼缘位置的削弱梁柱节点进行了受力性能的研究。希望通过本次的研究，可以为钢结构在建筑工程中的良好应用与建筑工程行业的发展提供相应参考。

关键词：建筑工程; 新型钢结构; 翼缘削弱型梁柱节点; 力学性能;

在地震等的外力作用下，钢结构框架将会遭到不同程度的损坏，尤其是梁柱节点等的这些关键部位，因为焊缝脆性大，所以更容易被破坏。因此，在应用钢结构进行建筑工程的具体施工中，应格外重视其翼缘削弱梁柱节点位置的受力分析，以此来实现钢结构框架施工质量的合理控制，避免薄弱部位损坏对整体工程质量及其安全的不利影响。

1 钢结构梁端翼缘削弱型梁柱节点的研究与发展概述

在钢结构框架型建筑工程的建设施工中，为防止节点出现脆性破坏情况，相关学者对梁端翼缘削弱型的钢梁柱节点形式进行研究。随着此类研究的不断深入，越来越多的半刚性节点开始被提出，这样的研究也为削弱型钢梁柱节点力学性能的改善提供了越来越多的科学支撑。本次所研究的是一种新型钢结构梁段翼缘削弱型钢梁柱节点，它属于一种塑性的绞节点形式，是将摩擦型的塑性铰作为基础来进行简化所获得的一种节点。通过该节点的应用，可以将耗能构件以及可装配构件取替，在保障节点力学性能的基础上让节点设计更加简单，为后期的维修和更换提供便利。在地震等外力因素作用时，此类节点可凭借其自身的力学性能来抵御外力，尽最大限度保障整体建筑的安全性和稳定性；而在外力作用消失之后，只需要对耗能构件进行更换便可恢复其受力性能。目前，这种新型的节点形式已经申请了国家专利。

2 新型结构梁端翼缘削弱型梁柱节点受力有限元模型建立

2.1 基本信息

在进行本次所研究节点构造的受力性能分析中，主要借助于ABAQUS型的有限元分析软件来进行有限元模型的建立，以此来实现静力加载模拟分析。在模型中，主要通过C3D8R三维仿真实体单元的形式对梁、柱和螺栓进行模拟，并对梁柱焊接缝隙、拼接板以及旋转单元进行网格加密，以保障分析结果的精确性。

窗体顶端

窗体底端

2.2 其他参数设计

在本次所设计的模型中，梁柱所应用的是同一种钢材，应用的强化模型是三折线形式。在此模型中，接触形式是法向硬接触。 窗体顶端

窗体底端

在这个模型中，柱顶铰接并进行耦合点的设置，以此来实现集中力的竖向施加，其集中力应根据柱截面轴压比的0.1倍进行取值。在加载位移的过程中，钢柱可能出现平面变形情况，故需要对其底部进行完全固结处理。为有效避免梁端在加载过程中因为应力集中而出现局部过度变形情况，进而影响到模拟结果，便在其自由端进行了耦合点设置，以此来实现位移加载的施加。具体加载中，弹性阶段和塑性阶段都加载了两个循环。

3 新型结构梁端翼缘削弱型梁柱节点受力性能分析

3.1 滞回曲线分析

根据本次对节点的具体设计目标，在这个模型中，节点的滞回耗能能力应该足够良好 。

在整个的位移加载过程中，滞回曲线变化比较显著的是弹性阶段以及塑性阶段，而在承载力下降这一阶段的变化却并不明显。会出现这样的情况，主要因为加载中应用的方式是位移加载，且将节点转角控制到了0.05rad，整体位移最大值是50mm，这样的情况就使得承载力并不能得到全部展现。

3.2 骨架曲线分析

骨架曲线的组成部分是各个滞回环中的极值点，它所反映的是构件在受力以及变形过程中的每一个阶段及其特征。在横梁位移绝对值是5mm以上时，便开始出现骨架曲线弯曲变形现象，且各个曲线也开始逐渐分离。而在横梁位移绝对值超过50mm时，模型的荷载便到达了峰值。然而在位移绝对值是15以上的情况下，骨架曲线虽然分离，但是其分离情况并不显著，之所以会出现这样的情况，是因为此时的拼接板并未出现较大的削弱深度变化，而且其位移加载绝对值也控制在了50mm以内。

3.3 刚度退化曲线分析

在对钢结构梁端翼缘削弱型钢梁柱节点的力学性能分析中，刚度退化也是一项十分重要的计算指标。具体分析中，节点的等效刚度所表示的是滞回曲线在某一次损坏中的峰值点和坐标原点之间的连线斜率；随着位移的增加，等效刚度将不断减小，这种现象就叫作刚度退化；而每一个峰值等效刚度和等效刚度最大值之间的比值便是刚度退化系数；如果将每一个模型中的滞回曲线刚度退化系数都连接到一起，便可以得出其刚度退化曲线图。这种节点正方向和负方向有着基本一致的刚度退化情况，其基本组成部分是曲线段、水平段以及直线段。其中，水平段所表示的是钢骨架曲线弹性阶段，说明在这一阶段中的刚度基本不变。在屈服之后，模型的刚度退化系数呈现出了快速下降的趋势，说明其塑性形变能力逐渐增加。在曲线变化再一次减慢时，刚度退化情况也在变慢。

3.4 延展性分析

在地震等的外力作用下，钢结构梁端翼缘削弱型钢梁柱节点的力学性能将会受到其延展性指标的影响，所以在具体的力学性能分析中，应对其延展性进行分析。具体分析中，通过双切线方法来实现骨架曲线屈服荷载的获得，这里用Py表示；荷载峰值用Pm表示；造成破坏的荷载用P0.85表示；造成破坏的屈服位移用∆y表示；造成破坏的荷载所对应的位移用∆u表示，造成破坏的位移延展性系数为μ=∆u/∆y。通过骨架曲线分析可见，当位移绝对值为50mm的情况下，节点在没有进入到塑性破坏这一阶段分析时便停止，所以在本次的模拟结果中，造成破坏的荷载所对应的位移应用的是荷载峰值所对应的位移。无论是设置了加劲肋还是未设置加劲肋，削弱深度越深，钢结构梁端翼缘削弱型钢梁柱节点延展性都会越大。

4 新型结构梁端翼缘削弱型梁柱节点受力性能总结

通过本次对新型钢结构梁端翼缘削弱型钢梁柱节点所进行的力学性能分析发现，本次所提出的这种梁柱节点形式的滞回曲线十分饱满，耗能能力良好。而削弱深度越深，节点的延展性便会越大，但是这样的情况并不一定会使其耗能能力增加，所以只有对削弱深度进行合理确定，才可以使其延展性得到良好保障的同时具备更好的耗能能力。

因此在具体的建筑工程设计与施工中，应该根据钢梁柱的具体材料性能和尺寸等来进行削弱深度的合理确定。通过这样的方式，才可以确保削弱型钢梁柱节点的受力性能。

5 结束语

在进行钢结构框架形式的建筑工程建设施工中，合理的钢结构架梁端翼缘削弱型梁柱节点的设计将会有效避免地震等外力对于整体工程的损害，保障建筑工程的安全性，进一步延长其使用寿命。因此在具体建设施工中，相关单位应加强对其受力性能的分析，并根据实际情况做好其削弱深度的控制，以此来保障工程质量，实现钢结构框架形式建筑工程的良好发展。

参考文献

[1]王想军.梁端翼缘扩大型梁柱节点受力性能的试验研究[D].黑龙江：哈尔滨工业大学，2006.

[2]叶美平.翼缘削弱型钢框架梁柱节点的有限元参数分析[J].工程与建设，2017，(4)：523-524.