大承载力端板连接性能研究和对组件法的一些探讨

大承载力端板连接性能研究和对组件法的一些探讨报告人：林涛2014年11月报告提纲1.开展科学研究总体方法讨论2.课题研究目的及现状3.课题研究基本思路和试验设计4.后记一、开展科学研究总体方法讨论

“Why-How-What”方法探讨著名的营销顾问西蒙斯.涅克提出了一个“黄金圈”理论：三个同心圆，最里面的一个是Why,中间一层是How,最外面一层是What。（1）在从事科学研究时，很多时候采用的是这个圆圈形式的“由外而内”模式，而真正成功的模式应该是“由内而外”模式，首要弄清楚你为什么要做此项研究，研究的目的和意义何在，才能规划出科学的研究思路和实验方法，从而得到理想的结果。（2）在后续展开的科研活动中，持续不断的反思研究目的，因为一项大型而长期的科研课题要得到有力推进，就需要在漫长而庞杂的持续过程中对最初的“WHY”(也就是目的和理念)进行不断的提醒和修正，以期达到最初的目标，或是取得附加的延展成果。

（3）在进行博士、硕士学习之初就需要建立一个科学可行且有价值的研究目标，在学习期间的各项科研活动和行为都应围绕该目标展开。二、课题研究目的及现状1、大承载力端板连接性能研究目的：针对国内现行规范缺失大承载力连接计算设计方面内容，无实用抗震设计方法方面的问题。（1）提出工程实用的大承载力端板连接分析计算方法。

（2）提出工程实用的大承载力端板连接抗震设计方法。

2、研究现状

（1）背景资料（端板连接形式）

端板连接有很多不同的种类，按照端板的构造特点，一般分为平齐式端板连接和外伸式端板连接。如图所示，其中（c）、（d）分别为一段外伸一段平齐端板连接和平齐式端板连接，其余五个均为外伸式端板连接。

当梁所承受的荷载较大或是跨度较大时，端板连接节点所需传递的弯矩会很大，受拉翼缘附近两排四个螺栓（如图a、b、c）的端板构造极有可能不满足承载力要求。此时，我们一般会在翼缘内部增设螺栓，如图（e）所示。然而，在梁翼缘内部增设螺栓时，由于螺栓距离受压中心线距离较小，增加的螺栓对端板承载力贡献并不明显。为方便叙述，我们把螺栓两列布置且端板外伸部分布置不超过一排螺栓的端板连接构造成为普通构造端板连接，而把螺栓两列以上（一般为偶数列）布置或者端板外伸部分布置两排或两排以上的螺栓端板构造称为大承载力端板连接。因此基于上述定义，如图示前五种端板连接为普通端板连接，后两种为大承载力端板连接。

（2）研究现状

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中并没有给出图（f）、（g）两类端板连接构造，因此，由于大承载力连接的研究资料不足、设计方法缺位，实际工程中大型梁柱连接往往不得不使用现场焊接连接。众所周知，工地焊接重要节点，焊接质量不易保证，也严重影响施工进度。若要在工程中使用大承载力端板连接，一般需要进行专门的节点研究。

国内外有少量关于大承载力端板连接节点受力性能的研究，美国AISC-LRFD规范和AISCDesignGuide4（基于采用A36的端板和A325的高强螺栓建立的有限元模型）给出了部分大承载力连接节点的设计方法、详细构造及其他限制条件。

三、课题研究基本思路和试验设计

课题研究基本思路（一）有限元研究

1、已开展的研究Kukreti采用的A36端板和A325高强螺栓有限元模型结合数学回归分析方法对前图（g）进行了建模分析，得到所需最小端板厚度参数表达式。Mohanmmed和Sherbourne基于ANSYS4.4进行建模研究，得到螺栓参与工作的先后顺序（当外荷载低于节点极限承载力的60%时，受拉翼缘的拉力主要由靠近梁腹板的螺栓承担，在此之后，靠近端部的螺栓才开始参与受力，在极限状态下，各螺栓受力趋向均匀）1.1、已经获得的成果

通过现有研究表明，对于图（g）所示大承载力连接，远离腹板传递的拉力要比靠近腹板的螺栓小

，即1号螺栓要比2号小很多，并且还存在先后受力的现象，即2号螺栓首先参与承受荷载，待其进入屈服后，1号螺栓才参与受力。

2、计划开展的研究

2.1简化分析方法研究基于已有的大承载力端板连接节点的试验研究和有限元研究，采用相对成熟的普通端板连接的简化分析方法来分析大承载力端板连接节点。因此，这里主要的工作是验证某个简化分析模型以及确定该模型中的关键参数取值。2.2计划采用组件法建立大承载力端板连接的初始转动刚度计算模型，基于板壳理论计算端板和柱子翼缘的弯曲变形，给出了不同端板摆放情况下的刚度计算公式。2.3大承载力端板连接抗震性能研究在试验研究方面，进行（f）图示构造的大承载力端板连接的循环加载试验，考察在加入端板加劲肋后对端板耗能能力的提升，以及屈服时转角的情况对比。计划针对门式刚架多由薄壁轻型钢构件组成的特点，进行8个试件的循环荷载试验，其梁受拉翼缘附近布置两排螺栓，外伸端板处一排四个螺栓，翼缘内部一排两个螺栓，通过试验确定其破坏构件的类型（梁还是柱子）。2.4静力试验试验研究是获得大承载力端板连接节点受力性能最直接、最可靠的方法。因此，一方面可以通过观察端板连接节点（或者节点局部）的试验现象，总结其受力特征，获得对端板连接节点受力性能的认知；另一方面，在设计出一个理论模型后，不管是简化力学模型还是复杂的有限元数值模型，这些模型都要通过一定数量的试验结果验证。通常来说，验证某个理论模型所使用的验证数据越多，该模型的可靠度、通用程度就越高。五、后记1、各国对半刚性连接的规定1.1欧洲规范(Eurocode3)把框架梁柱节点按照初始转动刚度Sj,ini分为铰接、刚接和半刚性节点。刚性节点 Sj,ini≥25EIb/Lb 无支撑结构 Sj,ini≥8EIb/Lb 有支撑结构；铰接节点 Sj,ini≤0.15EIb/Lb；二者之间属于半刚性节点。（EIb/Lb为梁的线刚度系数）1.2美国的容许应力设计规范(ASDAISC,1989)中列出的类型3即“半刚性连接”,它假定连接可以传递垂直剪力,也能够传递部分弯矩。美国的荷载抗力系数设计规范(LRFDAISC,1999)在其条文中指定了两种类型的连接,其中,部分约束型(PR)包括了半刚性连接,要求在分析和设计中必须考虑柔性连接的影响。组件法的一些假定：钢梁和组合楼板在受弯时均符合平截面假定；不考虑混凝土楼板的抗拉作用；3)在负弯矩作用下，节点的转动中心位于钢梁下翼缘的底部。组件法在应用过程中可能出现的问题探讨：1、在大震作用下，结