新型外伸端板高强螺栓梁柱连接节点的延性分析.pdf

设叶求
石油化工设计
Petrochemical Design
2011,28(1)1~5
新型外伸端板高强螺栓梁柱
连接节点的延性分析
张克峰
(中国石化工程建设公司,北京100101)
摘要:文章在工程实践的基础上,根据SAC(SAC是 SEAOC、ATC、 CURES联合体)有关报告中的试
验数据,用 ANSYS模拟梁柱节点试验加载的全过程,并进行试验数据和有限元模拟数据的对比分析,在此
基础上,对一种适用于工业建(构)筑物的新型外伸端板高强螺栓梁柱逹接节点的延性性能进行了分析
分析的结论可应用于工程实践及有关标准的编制中。
关键词:外伸端板逹接新型节点廷性性能
1问题的提出
国家抗震设防的基本原则是三水准设防目
标,即通常称谓的“小震不坏,中震可修,大震不
倒”,实现上述三水准目标采用二阶段设计方法
第一阶段是承截力验算,第二阶段是弹塑性变形
验算。不同的结构体系由于受力和变形特点在延
(a)试验照片
(h)在 ANSYS中的数值模型
性上有较大的差异,设计时必须采用合适的结构
图1四螺栓节点(4E节点
体系,同时同一结构体系的延性大小一方面取决
表1试验数据
于节点区是否会发生脆性破坏以及构件塑性区是二类别染柱尺す恰数目及材料端板厚度
否有足够的延性。另一方面取决于是否能形成多4E-11/4-1I/梁W昭4x68
道抗侧力防线。不同的梁柱节点连接形式和塑性
柱14×1208-1-1/411/8"(28.6mm)
材质
A572, grade 50
A325
铰区构件截面类别,决定了结构延性的差别。塑注:①W24x68换为公制(mm):H=605,B=229,7~=10.58,T
性铰区构件的截面类别由板件宽厚比决定,以保
②14×120换为公制(mm):H=33,2B=313,T=18,T=28
力和极限转动能力,良好的耗能能力。因此必须4-114-18-w、
证达到塑性抗弯承载力前不会发生局部屈曲。梁
表2试验结果
柱连接节点的延性,即节点应具有足够的变形能
试验编号Mmx/M
stained /rad Sustained/rad
0.040
0.021
对节点的延性性能详加以分析,以保证整体结构
Mm=柱表面作用最大弯矩为10600(in
的延性性能。
kIPS)(1197.5kN?m)L1inーkIPS(英寸千磅)=
25.4x4.448kN=112.98/100kN?m=0.11298
24E节点的延性
目前外伸端板高强螺栓粱柱连接节点试验资
kN?m];是节点旋转角度。
料较权威的是SAC报告中的有关试验数据,参见
收稿日期:20]0-11-22
文献[1]。文献[1]中节点4E-11/4-11/8-
作者简介:张克峰,男,1990年毕业于天津大学建筑结
24(以下简称为4E节点,结构见图1)试验原始数
构专业,工学硕士,高级工程师,从事石油化工结构设
据见表1,试验结果见表2。
计工作。联系电话:010-84877882;E- mail: zhangke.sei
sinopec
石油化工设计
第28卷
M PEAM=R,[(F,+F。)/2]Z、=1.1L(50+
注:①全刚接节点:梁全部等强焊接于柱翼缘,柱翼缘简化为
65)/2]Z、=11195(in-kIPS)
而刚接约束;
式中:Z、一梁塑性惯性矩(Z、=177in3,W、=154
24E节点I为图1(b)所示;
③4E节点I为在梁腹板布置三排,直径1-1/4”螺栓。
in',l=1830
可见,在弹性范围内,4E节点梁端位移同全
F,一钢材屈服强度,MPa;
刚接节点梁端位移相当。在荷载为0.60p时,4E
F,钢材极限最小抗拉强度,MI
节点Ⅰ的位移为全刚节点的位移的120%;同时4E
2.14E节点的刚度和延性
节点Ⅱ分析结果表明梁腹板螺栓对节点的刚度几
2.1.14E节点实验资料的数值模拟
乎没有贡献。
悬臂梁长1m,在悬臂端施加竖向荷载,参见
图1(b),以实现在梁端板处施加弯矩的作用2]。
2.1.34E节点的延性
(1)文献[]指出4E节点可以承受周期往复
1.2
荷载的作用,可以用以地震区的抗弯框架,强端板
1.0e+6
(110%的梁的强度)连接试验结果(见表2)显示
7.5e+5
了很好的延性。文献[3]、{4]第6章给出了4E
节点应用的条件,即梁翼缘厚不超过19mm,梁宽
不大于250mm,该节点可以应用于特殊抗弯框
20.81.21.62.0
2.928l
架,可以用于所有地震分类区
Gap'4/mm
(2)悬臂端位移同梁长的比值即为节点的转
图2节点作用弯矩和端板分离值曲线
角,4E节点的转角见表4
注:①一悬臂梁长1m,Load值即为粱端板处的弯矩值;
表44E节点梁端转角
②Cap值为梁端板同柱翼缘之间的分离值
荷载/(kN?m)4E节点I模拟节点试验节点模拟节点转角/
(1)梁理论弹性屈服弯矩:M、=153×
p=1200位移/m转角/rnd转角/rad试验值转角,%
(25.4)/10°/,=2.507m'x10x3145=865(kN?m)
0.10
2.10.00204
模拟分析(见图2):p=1200kNx0.72=864
2.90.00282
?m时有弹性屈服点出现。
4
5.360.00521
(2)梁理论塑性弯矩:M,=1000kN?m;
7.10.00691
模拟分析(见图2):M。=1200kNx0.84
0.72p
000kN?m时进入全塑性状态。
(屈服点时)11.30.01099
0.84
2.1.24E节点的刚度
仝塑性时)
27.20.026450.021
4E节点在梁端位移同全刚接节点悬臂梁梁
0.03760
0.96P
0.06382
端位移比较见表3。
由于模拟时,柱翼缘简化为面刚接约束,理论
表34E节点梁端位移比较
上节点进入塑性以后承载力进一步发挥,模拟节
荷载/(kN?m)4E节点I全刚接4E节点Ⅱ全刚接/
p=1200
节点/mm/mm4E节点I,%
点转角要稍大于试验值。用延性系数来表示节点
延性的性能,其定义为塑性转角与弹性转角的比
P
值,在表4中延性系数=0.0026453/0.010992=
P
2.4。模拟的数值接近试验值,因此可以采用数值
模拟的方法进行节点的延性性能分析。
(屈服点时)
11.26
P
3新型节点的延性分析
(全塑性时)
38.7
(1)新型外伸端板髙强螺栓连接节点见图3
96
65.7
47.6
65.32
(以下简称新型节点)