[发明专利]一种基于耗能目标确定梁柱上焊下栓节点下翼缘拼接板长度的方法

权利要求书

1.一种基于耗能目标确定梁柱上焊下栓节点下翼缘拼接板长度的方法，包括以下步骤：

第一步，确定框架梁下翼缘拼接区的耗能系数：

框架梁下翼缘拼接区的耗能：E_ci＝E_1i+E_2i+E_3i (1)

框架梁下翼缘产生的位移：δ_i＝δ₁+δ_2i+δ_3i (2)

框架梁下翼缘的高强螺栓滑移产生的位移：δ₁＝d₀-d (3)

框架梁下翼缘由高强螺栓的滑移引起的耗能：

设计拼接板的宽度为b_p＝b_f+4t_f，厚度为t_p＝t_f+2mm；

高强螺栓与孔壁的挤压产生的位移：

框架梁下翼缘拼接板变形产生的位移：

表1不同地震类别下的耗能目标：

根据公式(1)～(6)及表1，在XY坐标系绘制节点在循环荷载作用下的荷载-位移曲线；

由荷载-位移曲线求得耗能系数：

式中：E_1i—地震作用下框架梁下翼缘的高强螺栓滑移引起的耗能；E_2i—地震作用下框架梁下翼缘的高强螺栓与孔壁挤压引起的耗能；E_3i—地震作用下框架梁下翼缘拼接板的变形引起的耗能；d₀—螺栓孔直径；d—高强螺栓的公称直径；t_f—框架梁横截面翼缘厚度；t_p—拼接板的厚度；F_1i—地震作用引起框架梁下翼缘高强螺栓滑移的内力；F_2i—地震作用引起框架梁下翼缘的高强螺栓与孔壁挤压的内力；F_3i—地震作用引起框架梁下翼缘拼接板变形的内力；E_T—框架结构在地震作用下的总耗能；N—一个框架结构中梁柱上焊下栓节点的个数；S—循环荷载作用下滞回环的面积；|S|—最大正荷载点到X轴的垂线与X轴所组成三角形的面积；|S″|—最大负荷载点到X轴的垂线与X轴所组成三角形的面积；

第二步，根据框架梁的截面尺寸参数及第一步所求结果，计算得出框架梁下翼缘拼接板所需的高强螺栓数目，确定框架梁下翼缘侧拼接板的长度：

由于框架梁下翼缘处的螺栓配置不能确定，近似取框架梁下翼缘的净截面面积为其毛截面面积的85％；

框架梁下翼缘的净截面面积：A_nf＝0.85b_ft_f (8)

在受剪连接中，框架梁下翼缘单个高强度螺栓的承载力设计值：

框架梁下翼缘所需高强螺栓数目：

由公式(8)～(10)计算得出框架梁下翼缘所需高强螺栓数目；

框架梁下翼缘侧拼接板的长度l₁：l₁＝(n_f′-1)×Δ₁+2Δ₂ (11)

根据耗能目标，验算拼接板的尺寸：

b_p×t_p×f_pv≤k×b_f×t_f×f_v (12)

式中：b_f—框架梁横截面翼缘宽度；t_f—框架梁横截面翼缘厚度；n_f—传力摩擦面数目；μ—摩擦面的抗滑移系数；P—单个高强度螺栓的预应力；f_v—框架梁钢材的抗剪强度；n_f′—框架梁下翼缘每排所需高强螺栓数目；Δ₁—高强螺栓的中心间距；Δ₂—高强螺栓的中心至构件边缘的距离；f_pv—拼接板钢材的抗剪强度；

第三步，计算得出悬臂梁下翼缘拼接板处的侧面焊缝长度，确定悬臂梁下翼缘侧拼接板的长度：

悬臂梁下翼缘、框架梁下翼缘所能承受的最大轴力：N′＝(b_f-2d₀)t_ff (13)

悬臂梁上翼缘与框架梁上翼缘连接焊缝所能承受的最大轴力：N″＝(b_f-2t_f)t_ff_t^w (14)

悬臂梁与框架梁的翼缘所能承受的最大轴力：N＝min{N′，N″} (15)

悬臂梁下翼缘拼接板处正面角焊缝所能承受的内力：

悬臂梁下翼缘拼接板处侧面角焊缝所需承受的内力：N₂＝N-N₁ (17)

悬臂梁下翼缘拼接板处侧面角焊缝长度：

悬臂梁下翼缘拼接板处每条侧面角焊缝的长度：

式中：f—悬臂梁、框架梁钢材的抗拉、抗压、抗弯强度设计值；f_t^w—对接焊缝的抗拉强度设计值；f_f^w—角焊缝的抗拉、抗压、抗剪强度设计值；h_e—角焊缝的计算厚度；l_w—角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2h_f；

根据计算得出的每条侧面角焊缝的长度，结合构造要求，确定悬臂梁下翼缘侧拼接板的长度l₂；

第四步，根据以上三个步骤的计算结果，确定梁柱上焊下栓节点下翼缘拼接板的长度：

l＝l₁+l₂+Δ (20)

式中：Δ—框架梁下翼缘螺栓连接区与悬臂梁下翼缘焊接区之间的距离。