新论文:考虑框架作用的节点板设计方法

发布于 2021-01-22 19:08

论文链接：

https://ascelibrary.org/doi/full/10.1061/%28ASCE%29ST.1943-541X.0002959

0. 摘要

在中心支撑框架（CBFs）中，节点板负责连接支撑构件与梁柱框架，节点板与梁柱连接交界面处的失效将导致支撑无法通过屈服或屈曲行为进行耗能。传统的节点板设计方法通常只考虑受到的支撑作用力。研究表明，节点板受到的框架作用也很显著，但是节点板的实际复杂受力情况使得框架作用难以被有效评估。忽略或不正确地评估框架作用可能会导致对节点板受力的不合理估计，从而导致节点板界面连接处出现破坏。本文基于CBFs试验，系统地探讨了节点板所受支撑作用和框架作用，提出一种准确评估框架作用的节点板设计方法。

1. 研究背景

中心支撑框架（CBFs）是广泛应用的抗侧结构体系。节点板充当支撑和梁柱框架之间的连接，过早破坏将会导致支撑耗能机制失效。

有学者针对节点板提出了的不同设计方法。一类是Thornton的均力法和日本的AIJ方法，这类方法主要考虑了节点板受到的支撑作用，忽略了框架变形对节点板界面受力的影响；另一类是Roeder等人基于“等效思想”提出的平衡设计方法；最后是AISC给出的一种基于弹性分析的简化框架作用评估方法，但是其缺乏试验验证。

以往的试验或者震害现象表明，忽略或不正确地评估框架作用可能会对节点板受力估计不合理，从而导致节点板与梁柱连接界面出现破坏（图1）。

图1 节点板界面破坏

屈曲约束支撑框架（BRBFs）中的节点板所受框架作用的重要性已经被证实了。但是与BRB框架不同，对于具有较大延性变形需求的CBFs，节点板发生的面外变形可能会导致其与梁柱框架连接界面处的应力分布以及力的大小、方向不同。

作者首先对CBFs中节点板与梁柱连接界面的应变分布进行探索，得到节点板支撑作用和框架作用规律。基于此，提出一种基于力的节点板设计方法，其结合了节点板的支撑作用和框架作用。最后利用十个CBFs试验试件的实际角焊缝尺寸与提出设计方法计算得到的焊缝尺寸进行比较，证明了该方法与以往设计方法相比具有设计更安全、经济焊缝的能力。

2. 试验研究

设计两个一层一跨CBFs试件进行试验研究，试件如图2所示，将柱构件的强轴或弱轴与梁构件连接（分别为试件HS、HW）。试验加载装置如图3所示。