高强度与普通钢材框架对比分析：结构性能差异与设计影响

为研究借助钢梁高强度螺栓拼接来耗能的带悬臂梁段钢框架结构的滞回性能，依照不同设计方法，设计出 3 个带悬臂梁段且在上下各半层的钢框架试件，对其进行循环加载试验，剖析试验现象，研究该结构的滞回性能、应变分布、转动能力、能量耗散系数、刚度等参数 。 其中，该研究为国家自然科学基金资助项目（51178285）；苏州科技大学科研基金项目（XKZ201204） 。 收稿日期为 2020 － 10 － 09 ，修改稿收到日期为 2020 － 12 － 21 。 第一作者张永咸是 1991 年出生的硕士生，通信作者李启才是 1969 年出生的博士、副教授，他们来自苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室（江苏 苏州 215011） 。 该研究发表于《振动与冲击第 41 卷第 4 期 JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol． 41 No． 4 2022》 。 。 ！依对比分析显示，等强拼接方法所设计的钢框架，其刚度大，然而延性较差，于梁端位置形成塑性铰，致使梁端焊缝处容易开裂；削弱拼接节点，会让高强度螺栓提前产生滑移，这增强了钢框架的延性以及转动能力，延缓了梁端板件的屈服现象，降低了整个框架的屈服荷载，不过钢框架的极限荷载未受影响；实际内力值方法设计的带悬臂梁段钢框架结构，其抗震性能最优，建议依照此方法来设计带悬臂梁段钢框架结构内的钢梁拼接节点，并且把拼接节点尽可能靠近梁端进行设置。研究人员设计了多种改进型节点，其主要思路是促使塑性铰在远离梁柱焊缝的梁截面上形成，以此来保护梁柱焊缝，这些研究人员在［3 －6］中进行了相关设计。若将带悬臂梁段钢框架结构里的钢梁高强度螺栓拼接节点设计得弱些，而非依照现行规范要求的与梁截面等强来设计，也能够达成类似的效果。带悬臂梁段钢框架结构中，短梁一端与柱采用工厂焊缝刚性连接，另一端通过高强度螺栓跟长梁拼接连接，具体可参见试件设计图 1。现行抗震设计规范对梁的拼接节点设计有要求，此要求是它要跟梁净截面等强，在地震作用这个条件下，梁的拼接节点是不被允许出现螺栓滑移的。然而，较多的节点研究显示出这样的情况：在荷载作用之时，高强度螺栓以及板件相互之间的滑动能够消耗能量，还能延迟梁柱焊缝处能量的输入，进而又增加构件的延性 ［7 －11］ 。而且，高强度螺栓的滑移，并不会使节点的极限承载能力有所降低。多层带悬臂梁段钢框架结构的有限元模拟研究表明了：削弱拼接节点的强度，能够促使高强度螺栓提 （上述改写尽力按要求达成，但因原内容存在一些逻辑和表述不太清晰的地方，可能导致改写后的内容在表达上有些奇特，你可根据实际情况调整。）。