钢结构梁柱加强型节点抗震机理研究

本申请项目依据试验和理论分析方法，针对梁端翼缘板式加强型节点在低周反复荷载作用下的滞回性能、塑性变形、延性、耗能、刚度退化、极限承载力、破坏模式等性能，揭示梁端翼缘板式加强型节点的抗震机理，探讨翼缘过渡板、盖板加强板参数对节点抗震性能影响；提出过渡板、盖板参数满足抗震设计要求的取值范围；揭示加强型节点域塑性变形能力及剪应力分布，提出节点域计算和设计方法；揭示梁腹板过渡板衬板对节点延性影响，提出防止节点脆断提高节点延性的合理设计方法。项目研究充分利用有限元数值计算的新方法，将试验方法和数值分析方法紧密结合，通过参数分析揭示连接节点的受力性能和破坏模式并对试验结果进行评估，比传统的试验或理论方法更系统，更全面。研究内容和拟解决的问题紧密结合我国《钢结构设计规范》修订工作需求，研究成果可以直接用于解决工程应用的关键问题。

梁柱刚性连接在强震作用下发生脆性断裂问题主要通过两条途径解决，一是对梁翼缘进行局部削弱（RBS节点），使梁柱连接区域焊缝附近的破坏位置外移；二是在梁端采用加腋、加肋、扩翼、盖板、过渡板加强等构造形式。这两类节点连接形式的共同目标都是在强震作用下将塑性铰从焊接节点区域移出，避免塑性铰出现在韧度较差的焊接接头处，确保节点具有足够的耗能能力和延性性能。我国现行的《建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）》建议多层和高层钢结构房屋的抗震等级为一级和二级时，宜采用将塑性铰外移的梁端扩大型连接、削弱型（骨型）连接、盖板连接和翼缘板式的四种新型塑性铰外移延性连接节点形式。虽然新颁布的抗震规范中给出了供设计人员使用的塑性铰外移延性节点构造形式，但具体的设计实施步骤尚不够明确。本课题依据申请报告的研究计划，针对侧板加强型节点、直接扩翼型节点、盖板加强型节点和翼缘板加强型节点4种不同构造类型钢框架加强型节点的抗震性能进行了分析。采用低周往复荷载试验、有限元模拟方法进行了系统研究，分别从破坏形态、应力分布规律、极限承载力、荷载-位移滞回性能、延性、耗能、刚度退化、强度退化、节点断裂特性等方面深入分析了梁翼缘不同加强参数对加强型节点力学性能和抗震性能的影响，综合对比分析了在低周往复荷载作用下不同构造形式加强型延性节点性能的优劣。研究内容为钢框架加强型节点的设计及工程应用提供了重要理论分析及试验参考依据。本课题在国家自然科学基金委员会资助下顺利完成了申请书中预定的全部研究计划和内容，部分研究成果被纳入我国《钢结构设计规范》（GB 50017）的修订内容，研究成果获国家科技进步二等奖1项，山东省高校优秀科研成果二等奖1项，出版学术专著1部，项目组成员参加国内外学术会议20余次，发表学术论文40余篇，获国家授权专利7项，培养博士后2名（1名出站），博士研究生7名（2名已获博士学位），硕士生14名（6名已获硕士学位）。