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1、方钢管柱方钢管柱-H-H 型钢梁翻转槽钢装配式节点的受弯机理及力学模型型钢梁翻转槽钢装配式节点的受弯机理及力学模型 随着我国建筑工业化的不断推进,对钢结构装配性的要求在逐渐提高。矩形 钢管柱作为一种闭口式截面,其受力性能优越,但难以采用传统的高强螺栓连接 方式与 H 型钢梁进行装配,限制了钢管柱在装配式结构中的应用。 为解决该问题,本文在现有的竖向翻转槽钢连接节点（VRCC）的基础上提出 在柱翼缘焊接横向翻转槽钢转换件的装配方法,其中包括槽钢无加劲连接节点 US-RCC、槽钢间加劲连接节点 MS-RCC、槽钢内加劲连接节点 IS-RCC 三种构造, 将翻转槽钢连接节点统称为 RCC 节点。采用
2、试验研究、数值模拟和理论分析相结 合的手段,对方钢管柱-H 型钢梁横向翻转槽钢连接节点的受弯性能进行研究,揭 示该类节点的承载机理,建立了节点受弯理论模型,提出节点设计方法,可为工程 应用提供参考。 主要研究内容及结论如下:（1） 完成了 4 个不同构造的槽钢连接节点平面内 受弯性能试验,对比了横向翻转槽钢连接节点与竖向翻转槽钢连接节点的受弯性 能,结果表明:IS-RCC连接节点的受弯承载力比VRCC提高了50%,延性性能提高了 13%,但初始刚度降低了22%;US-RCC节点与MS-RCC节点承载力及初始刚度均低于 VRCC 节点,但其具有良好的转动能力,在转角达到 0.12rad 时承载力
3、任未出现降 低。 （2）完成了横向翻转槽钢连接节点的有限元建模及参数化分析,探究了翻转 槽钢连接节点的破坏模式及影响因素:破坏模式主要受槽钢腹板与梁端板厚度比 tch2/tb0影响,使得 RCC 节点主要出现槽钢与梁端板协 同平面外弯曲、槽钢与梁端板因分离而非协同弯曲两种破坏状态,此外 IS-RCC 节点还出现了受拉区梁端板独自平面外弯曲破坏;另外 US-RCC 节点的梁的高跨 比 hb/lb、槽钢的高宽比 hch/bch及槽钢腹板与翼缘的厚度比 tch2/tch1较大时,会出现槽钢剪切破坏,定义梁的转动 与节点的转动比为剪切作用效应 ,进一步研究表明 0.85 时,可忽略槽钢 剪切变形。 （
4、3） 研究了各尺寸参数对节点受弯性能的影响,并对比了三种节点的受弯性 能,研究表明:槽钢腹板厚度 tch2与梁端板厚度 tb0是 RCC 节点受弯性能的控制因素,受弯承载力及初始刚度的变化率可达 40%;对 US-RCC 和 MS-RCC 而言,槽钢宽度 bch、槽钢翼缘厚度 tch1的影响也不容忽视,受弯承载力及初始刚度的变化率可达 15%。 对比各节点的受弯性能,无剪切破坏的US-RCC节点与MS-RCC节点受弯性能一致, 当 US-RCC 节点发生剪切破坏时,MS-RCC 节点承载力提高可达 40%;IS-RCC 节点承 载力及初始刚度是 MS-RCC 节点的 23倍之间,是理想的半刚性
5、节点, 而 MS-RCC 节点的受弯刚度接近理想铰接。 （4） 揭示了横向翻转槽钢连接节点的受弯机理。研究表明:空腹型槽钢连接 节点 （US-RCC、 MS-RCC） 的受弯机理与空腹槽钢及梁端板的受力机理有关,IS-RCC 节点的受力机理与受拉区槽钢腹板及梁端板的受力机理有关;其中 US-RCC 节点 空腹槽钢的受力机理为有侧移刚架的受拉与受压,MS-RCC 节点槽钢的受力机理 为无侧移刚架的受拉与受压,IS-RCC 节点槽钢腹板的受力机理为受拉区腹板三 边约束的平面外弯曲,各节点梁端板的受力机理为受拉区外伸端板单边约束的平 面外弯曲、梁内端板两临边约束的平面外弯曲。 （5）基于组件法建立了
6、横向翻转槽钢连接节点的承载力及初始刚度计算公 式:US-RCC 及 MS-RCC 节点考虑了槽钢刚架受拉及受压单元、梁端板受拉单元;理 论计算结果与有限元结果吻合良好,其承载力平均误差约为 5%,初始刚度平均误 差约为 10%。IS-RCC 节点考虑了槽钢腹板受拉单元、梁端板受拉单元、槽钢加劲 板受拉及受压单元、 柱壁平面外受弯单元;与有限元结果相比,承载力理论计算结 果偏低,平均误差约为 15%,初始刚度计算结果吻合良好,平均误差约为 5%。 （6）提出了横向翻转槽钢连接节点的在铰接节点及半刚接节点中的设计方 法:MS-RCC 节点及 US-RCC 节点可按理想铰接节点设计,提出了简化的铰接节点理 想铰接刚度及转动能力设计公式,并建立了铰接节点设计的标准件,对于我国窄 翼缘梁,其适用于跨高比不超过 25 的梁;将 IS-RCC 节点可按半钢性节点设计,考 虑常用的节点构造尺寸,简化了节点受弯承载力设计公式,提高了节点的计算效 率。