[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

摘要

本发明涉及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，采用如下步骤：基于耗能目标，在XY坐标系绘制节点在循环荷载作用下的荷载‑位移曲线，由曲线计算求得框架梁下翼缘拼接区的耗能系数；确定框架梁下翼缘侧拼接板的长度，根据耗能目标验算拼接板的尺寸；确定悬臂梁下翼缘侧拼接板的长度；最后，确定梁柱上焊下栓节点下翼缘拼接板的长度。在梁柱上焊下栓节点设计过程中，拼接板过短会导致节点承载力不足，拼接板过长会造成焊接应力集中，残余变形加大，下翼缘板及拼接板屈曲失稳，针对以上不足，本发明提出了一种拼接板长度的确定方法，可保证梁柱上焊下栓节点的承载能力、延性及耗能能力，减少焊接应力集中及残余变形。

主权项

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。