外环板式梁柱节点抗震机理与设计方法

牟犇

湖北工业大学土木建筑与环境学院教授。主要从事钢结构、钢与混凝土组合结构抗震设计等研究工作。以第一发明人获国内外授权发明专利100项，其中获国外授权发明专利55项；获国内授权发明专利45项。获日内瓦国际发明展金奖、中国钢结构协会科学技术奖一等奖、山东省高等学校科学技术奖一等奖、青岛市科学技术奖一等奖等奖项。

第1章绪论

1.1外环板式方形柱-H型钢梁连接节点的特点

梁柱节点普遍被认为是框架结构体系的核心部分，对于整体结构的刚度、强度和抗震性能具有重要影响。根据节点域刚度的不同，方形钢管柱与H型钢梁连接节点可分为刚接节点、半刚接节点和铰接节点三种类型，其中刚接节点在土木工程中的应用最为广泛。

我国对方形钢管柱与H型钢梁连接节点的构造形式已经陆续出台了一些规范标准，如《矩形钢管混凝土节点技术规程》（T/CECS506-2018）和《钢管混凝土结构技术规范》（GB50936-2014）中主要介绍了3种刚接梁柱节点的设计形式和构造措施，分别为内隔板式、外环板式和隔板贯通式，见图1.1。内隔板式方形钢管柱与H型钢梁连接节点在钢管内壁对应梁的位置焊接内隔板，以连接节点两侧的梁；隔板贯通式方形钢管柱与H型钢梁连接节点通过贯通柱体的钢板与钢梁连接，两种形式的节点均可保证应力传递的连续性。然而隔板和柱体的焊缝容易产生应力集中，且易在连接部位发生脆性断裂。外环板式方形钢管柱与H型钢梁连接节点具有良好的抗震性能，其焊接施工难度较低，在应力传递合理的条件下，保证了柱体的连续性，且调整外环板尺寸即可增强节点的承载能力。

目前，钢框架结构中方形钢管柱与H型钢梁通常采用带加强环式的构造连接，钢管柱截面尺寸较大的梁柱节点可采用内加强环隔板式连接；当柱截面尺寸较小时采用内加强环式连接会使节点加工制作困难，同时也不利于钢管内混凝土的浇筑，此时梁柱节点一般采用带外加强环板式的刚性连接。外环板式梁柱节点指在钢管柱外围焊有一圈水平外环板，以连接对应高度处相邻H型钢梁的翼缘。此类节点与普通梁柱节点相比具有刚度大、承载力高、塑性好、传力路径明确、节点核心区应力分布均匀等优点，且可避免对钢管柱进行分割，保证了节点的整体性，由此在钢结构工程中得到大量应用。

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本书系统介绍了作者在钢结构和钢与混凝土组合结构中，外环板式方形柱—H型钢梁连接技术领域取得的多项创新性研究成果，主要研究对象包括外环板式方钢管柱—不等高H型钢梁连接节点、外环板式方钢管混凝土柱—不等高H型钢梁组合节点、考虑楼板作用的外环板式方形柱—组合梁连接节点、外环板式H型钢梁—方钢管角柱节点。全书分析研究了外环板式方形柱与H型梁连接节点在钢管柱有无填充混凝土、是否考虑楼板作用影响、梁截面高度比，以及双方向加载等不同构造措施、不同荷载作用下的力学性能，同时完成了相应的有限元模拟和参数分析，最后建立起外环板式方形柱—H型钢梁连接节点计算模型，推导出了实用的承载力计算公式。本书内容全面、理论严谨，旨在论证外加强环式方形柱—H型梁节点连接技术的可靠性与适用性。近年来，随着我国道路建设和交通运输的迅猛发展，以及汽车工业、橡胶工业及轮胎工业等相关行业的技术革新，使路面结构所承受的荷载条件发生了巨大的变化，车辆荷载的重载化、快速化及宽基化，使得路面结构受力情况更加严苛。传统的静力学分析已无法反映实际路面的受力状况，进行路面结构动力学研究变得愈加重要。