美国和日本之间的钢架梁和柱节点的连接模式的比较分析
1。对地震损伤情况进行调查和分析，如果钢结构设计或结构不当，尤其是钢结构梁和柱节点连接结构的设计是不合理的。当发生强烈的地震时，可能会导致严重的地震。在1994年在美国发生北山地震和1995年日本的汉辛地震之后，来自许多国家和地区的专家和学者，主要来自美国和日本和列节点。深入研究并进行了大量的实验分析，并提出了各种具有改善地震性能的节点实践。 2。矩形钢管柱的断层后改进措施。由于美国大多使用H形钢柱，因此日本主要使用正方形和矩形钢管柱，并且节点结构也不同。因此，地震中显示的梁和色谱柱节点的损伤特性并不完全相同。后来采取的改进措施也具有自己的特征。 1。美国的钢架连接（1）在1994年之前的焊缝和柱节点焊接模式。梁的下部法兰，焊缝和圆柱法兰在焊缝和圆柱法兰连接处的焊缝处完全断裂法兰基本材料； 3）在焊接融合线处将梁的下部法兰开裂； 4）列法兰裂纹，甚至扩展到列的网络等。研究和分析的结果表明，梁和列节点连接的故障模式的主要原因是：1）焊缝，例如由于梁端的距离，裂纹，焊接，不足或不良的熔化，植物包含和孔。法兰的过程孔太小，实际上会在焊接过程中中断下部法兰焊缝。 2）连接部分的钢具有三向应力，无法形成侧向收缩或剪切滑动，因此下面没有明显的屈服现象脆弱的损伤； 3）梁和色谱柱节点的高应力区集中在梁法兰的斜角焊缝上； 4）焊接板焊缝的焊接板边缘置换板的效应 - 焊接过程应力浓度所需的衬板和柱法兰发生在它们之间形成的“人造接缝”的尖端； 5）在梁翼边缘相应位置处的I形色谱柱加强剂很薄，等等。
（2）在北山地震发生后，在美国，加利福尼亚州结构工程师研究所（SEAOC），应用技术研究协会（ATC）和加利福尼亚大学地震工程研究中心（CUREE）建立了节点节点连接方法规范。缩写囊。联合机构由联邦紧急事务管理局（FEMA）资助，主要是对具有良好地震抗性的梁柱连接节点进行研究。 SAC的最终研究结果于2000年6月发布。SAC发布的FEMA350报告提到了13种改善光束和色谱柱连接的方法。建议工程师在不同的设计条件下自行判断并采用它们。该形式如图2所示，其中九个节点（a）至（i）如图（a）〜（i）在实验研究后所示，图（j）〜（m）的四种节点形式是专利节点。在上述节点中，图2（a）和（M）中所示的WUF-B和RW节点形式与图1所示的北方北方地震之前的标准节点实践相同，即法兰焊接和腹部。建立了板螺栓焊接和混合连接，但是改善了色谱柱上部和下部法兰的较硬分区的形状和焊接方法，梁的上和下面的法兰以及位置和过程孔的垫子和垫子在网上。所有这些都得到了改进，有关详细信息，请参见图3。其他一些节点是完全焊接的节点（图（b）〜（e），（j），（k）），有些是T形连接器（图（i））和梁端板（图（F） ，（g）），平板连接器（图（H））和L形连接器（图2（L））。完全螺栓的节点连接方法在上部和下部法兰的梁的网上没有过程孔，这避免了由不规则的几何形状引起的应力浓度。
在图2中的节点连接方法中，某些法兰在梁柱节点连接处得到加强（图（d））；与梁柱节点一定距离后，梁柱节点的某些法兰被削弱，该节点通常称为狗骨型（狗骨）（图（e））；有些人在梁柱连接节点处添加了一对带有梁柱连接节点高度的增强侧板，以使梁和柱之间的连接变成三明治饼干类型，而侧板则分开梁和柱，分开光束法兰没有与色谱柱接触，因此改变了焊接束和柱法兰的传统方法，从而消除了所有其他焊接节点中三轴应力的浓度（图（j））；有些人在距光束和色谱柱节点一定距离后使用它。弱网络（图（M））。图2中的上述节点可以将梁和柱连接到结构，以从圆柱体移动塑料变形截面，并有意识地控制塑料铰链的位置，从而提高了节点连接的地震电阻。图2（k）中所示的梁柱连接节点是SSDA开发的开槽网络的专利节点。它将横梁网和节点区域的梁翼边缘分开。凹槽的功能是分割抗震横梁的弯矩和剪切力，以使光束窗口持续所有剪切力和弯矩的一部分，而梁翼边缘只能忍受弯矩。弯矩和节点允许梁的法兰和网络独立变形，力的分布与地板的位移角度无关，从而提高了疲劳电阻。与未插入的焊接法兰不同，凹槽的Web连接不是弯曲和弯曲。同时，在网络缝隙后，法兰与韦克斯分离，从而减少了节点处的地震应力和应变梯度。该连接使垂直焊缝和水平焊缝具有更长的距离，从而大大减少了焊接的残余应力。
由于使用W36H（相当于914mm高）钢束对该节点进行了测试，因此该节点形式只能用于W30（相当于762mm高）及以下的梁。在美国，有140个钢结构项目采用了这种节点形式，总建筑面积超过150万平方米。图2（j）侧板节点是由加利福尼亚大学和圣地亚哥大学进行的，并通过了测试验证，并得到了洛杉矶工程研究所和建筑与安全研究所的认可Angeles County公共建筑研究所和美国其他机构。该部门仔细审核了它并批准了它。该节点的两个平行侧板改善了节点区域的刚度，并通过三个板域（两个侧板加上柱网）消除了难以掌握的节点板域的变形控制。当需要协调的大小时，可以使用上部和下盖板来解决梁和柱法兰之间的宽度差。此类节点的成员大小不受限制，并且色谱柱可以是H形，盒形或交叉形状的。双轴为此节点使用更多材料。如果设计为双向刚性接头，则该结构将更加复杂。当使用H形钢时，另一个方向应作为铰接关节设计。 2。日本的钢框架连接（1）梁和柱节点的地震损害主要在日本使用，其中大多数是冷pusped的方形钢管（BCP），冷滚动方形钢管（BCR）和热 - 内部分区向外延伸和梁法兰（图4），用于方形钢管和梁柱连接节点。汉斯（Hanshin）地震期间梁和柱节点的故障模式包括：1）在方形钢管柱和横向隔板的焊缝处断裂； 2）在梁下部法兰的焊缝和横向隔板的焊缝处断裂； 3）在过程孔的范围内孔的下梁下梁的破裂范围内； 4）在过程孔范围内的横向分区破裂。
地震损伤调查发现，由于过程孔的存在，梁柱节点集中在该区域中，从而导致梁法兰从过程孔的终点开始脆弱的梁法兰，脆弱的裂缝，横向分区和深焊接部分。上述地震损害在Quake后测试中也得到了证实。在断电后的测试中，将梁法兰截面处的光束组件的轴向变形分布测量为：当有一个过程孔时，在截面末端发生梁法兰外的最大变形。 ，内表面的最大变形发生在过程孔的末端。 ;当没有安装过程孔时，梁法兰的内表面或外表面的变形集中在末端，最大变形发生在梁法兰的末端之外。根据实验中测得的梁法兰内部和外部的基本变形分布，使用弹性塑料有限元方法来找到弯曲变形与梁法兰的平面变形之间的关系。结果是：当有过程孔时，弯曲变形是与平面内变形相同的方向，并且在Web附近发生大变形。当没有安装过程孔时，梁法兰的宽度内的弯曲变形与平面的变形相反，并且其绝对值远小于平面中的变形，但是中间的变形分布较小。大端。从中，我们可以看到该过程孔的存在导致以下三个位置出现在以下三个位置：1）在过程孔的底端的梁法兰处； 2）穿过横截面板和梁法兰的焊接部分的外端； 3）通过钢管柱的焊接部分的外部和末端，穿过钢管柱的外部和末端。影响的主要因素是：1）过程孔几何形状的不连续性； 2）梁法兰末端的过程孔部分，剪切力最初由光束韦克斯（Beam Web）承担的一部分由相应的梁法兰承载，因此在光束韦克斯（Beam Web）上，在附近的法兰和隔板上产生了二次弯曲应力； 3）由于次级弯曲应力，在网络范围内的过程孔位置上梁法兰的内部变形增加，外表面的变形减小，从而增加了圆柱体表面。和分区外部网络中的变形。
（2）鉴于上述情况，在工厂生产建筑标准规格“ JASS6（钢结构工程）”和“钢结构工程技术指针”，由日本建筑协会于1996年2月修改，改进了确实有效的工艺孔如图5所示，在工艺末端的工厂焊接或使用集中应力的组装焊接期间没有过程孔，如图5所示。日本新兴大学工程学院。考虑到各种因素，例如设计，构造和成本，给出了最有用的卸载过程孔。梁端的结构很大，主要的变化是断开光束窗口的垫板，横截面安装在梁法兰和网络之间的连接处。除弧形垫子外，在日本的“钢结构工程技术指针”（1996）中，根据梁组件的类型（焊接H形钢或滚动的H形钢）和不同的构造方法（焊接H形）钢梁首先是与节点同时组装的，当没有安装过程孔时使用的各种垫子（图7）。图8是带有悬臂梁截面的垂直加劲孔的光束和色谱柱节点的连接方法，而无需使用跨侧面的跨分散板。节点方法是将梁的末端扩展到圆柱，并在其侧面使用圆角焊缝。用完全穿透焊缝焊接到两侧的三角形垂直僵硬的肋骨，僵硬的肋骨的末端和角落，横梁网和圆柱的末端由双面角焊缝焊接，并且有间隙在光束末端和气缸的末端之间。 ，不直接连接。光束末端的应力通过垂直僵硬的板直接平滑地传递到框柱节点的圆柱侧。应力传递的概念如图9所示。
该节点具有以下优点：1）光束法兰和色谱柱未直接连接，因此光束末端没有过程孔可以使该零件易于制造，并且还可以避免或减少引起的应力浓度由过程孔引起的几何不规则性； 2）在柱上安装不同的梁高度更容易； 3）与直接跨分割板节点相比云开·全站体育app登录，它可以大大减少加工和焊接量； 4）由于不需要在梁和色谱柱节点处切断色谱柱，因此很容易确保柱组件的精度； 5）梁末端的垂直僵硬的肋骨具有水平僵硬的肋骨对梁的影响； 6）通过横向分区板类型，梁和色谱柱节点之间的连接中没有断裂形式。图10是日本Chiaki Matsumoto教授提出的另一个光束柱连接节点，该节点使用垂直加强剂。方法，特性和力传递方法基本上与图8相同，只是该节点的垂直加强剂通过圆角焊缝。焊接到列网。图8和图10使用垂直加强器的横梁柱节点连接方法，带有悬臂梁截面，并且可以将塑料铰链出现的位置从梁的末端移动到光束跨度的内侧，并且其效果类似于“狗 - 梁和柱节点的连接方法相似，这对地震抗性更有益。这两个节点的地震抗性已通过日本的全尺度测试验证，并已用于工程。图11是适用于矩形钢管混凝土结构的梁柱连接节点。 。
该节点不仅在日本，而且在台湾地震工程研究中心和许多家庭大学和大学。测试结果表明它具有良好的非弹性变形性能，并且塑料铰链出现在梁旁边。图12是日本Shimizu结构开发的侧板增强梁端法兰，即，宽度为30〜100mm，长度为300〜900mm的侧钢板在梁端法兰的两侧焊接。该节点实际上加强了梁和柱之间的连接，从而减少了梁末端的焊缝应力，从而避免了焊缝破裂造成的脆弱损伤。可以控制添加的侧板的长度和大小以调节光束的塑性变形区域，但不能违反强支柱和弱梁的原理。从上述情况来看，可以看出开yun体育app官网网页登录入口，地震后，美国改善节点的基本对策是将塑料铰链从横梁柱连接节点上的气缸向外移动；日本主要制作结构，尤其是带有扇形切割角的过程孔。几乎没有改进。此外，一些科学研究机构开发了新的节点，以避免地震期间梁法兰和圆柱法兰的焊接部分破裂。这些新节点还反映了塑料铰链的向外运动。 3。该项目的建议1。节点连接的特征梁和色谱柱连接方法的选择应遵循以下原理：1）力传输简洁，可靠和清晰，以使节点的实际应力条件是一致的在计算和分析过程中的假设； 2）结构尽可能简单，易于制造，方便运输，易于修复和安装期间，连接零件的连接工作量应最小化，应避免由几何形状变化引起的压力集中尽可能多； 3）节点连接具有良好的延展性，避免采用导致基本材料在三个方向上约束的连接形式，并且容易裂开撕裂，以确保组件的节点在足够的塑性变形时不会受到损坏； 4）节省材料并具有良好的经济指标； 5）地震保护区符合“牢固联系和弱组成部分”的设计原理。连接节点具有一定的非弹性变形能力，并且塑料铰链出现在梁中，而不是在节点连接处。
2。从地震强化的角度选择梁和色谱柱节点，图2（a）和图4中的节点易于构造，构造相对易于构造，因此它们在非视觉防御工事区域中都是不错的选择。当项目处于区域中的低强度地震强化时，您可以考虑选择图2（b），（c），（f），（i），（k），（l），（m）的节点实践）和图5和6;图2（b），（e），（g），（h），（j）和图8、10-12中所示的节点可用于高强度的地震强化区。当然，如果上述节点实践采取某些措施可以符合相关的国家规范，则其申请范围将不限于上述建议。在其他方面，图2（f），（g），（h），（j），（l）和图11所示的光束和色谱柱节点均通过现场上的高强度螺栓连接，并且没有焊接，如果梁机翼边缘不是太厚时，它更适合在寒冷季节安装的项目。当柱截面不大（高度和宽度不大于400mm），或者使用正方形，矩形钢管或正方形时，使用矩形钢管混凝土结构柱（CFT），则使用具有垂直僵硬肋骨的梁。列节点连接方法（图8、10）应该是最佳选择。该节点不仅可以向外移动塑料铰链，而且具有良好的地震抗性。对于CFT柱，由于色谱柱中没有跨分散板，因此倒入混凝土并且易于tamp也非常方便。应根据柱横截面和梁横截面的大小来计算垂直加强剂的尺寸。通常，其厚度不应小于12mm，其长度不应小于300mm，并且高度可以为120〜200mm。
由于存在垂直僵硬的肋骨，这给圆柱边缘的地板板的构造带来了不便。可以使用焊接梁或圆柱侧的小角度钢来解决问题。对于CFT柱，图11中所示的节点也是一个不错的选择，但是当梁和柱的横截面很大时，成本将相对较高，并且梁的生产精度也相对较严格。否则，梁的末端和圆柱边缘的末端可能不会在一段时间内安装，否则可能很难紧密安装。 4。总结了钢制框架梁和柱节点的连接和地震性能的要求。由于项目的地震强度不同，项目的场地类别，结构系统kaiyun.ccm，结构的布局，组件尺寸，环境条件等，钢制框架梁和柱节点连接及其地震电阻要求也有所不同；焊接构造方法，工艺孔的形状和生产，焊杆材料的材料，垫板的定位和焊接条件，电弧引起的板形和材料，焊工的质量水平以及生产，运输和安装站点的管理其他因素都有一个很好的因素对光束和色谱柱节点的连接质量及其地震电阻的影响。因此，在设计中，应根据特定的工程分析确定合理的梁柱节点连接方法，并全面考虑各种因素。
