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钢结构梁柱节点弯矩-转角曲线极限承载力确定方法

左凌霄 易伟同 祝磊 吕冬霖 孙海林

左凌霄, 易伟同, 祝磊, 吕冬霖, 孙海林. 钢结构梁柱节点弯矩-转角曲线极限承载力确定方法[J]. 钢结构(中英文), 2022, 37(5): 18-27. doi: 10.13206/j.gjgS22031101
引用本文: 左凌霄, 易伟同, 祝磊, 吕冬霖, 孙海林. 钢结构梁柱节点弯矩-转角曲线极限承载力确定方法[J]. 钢结构(中英文), 2022, 37(5): 18-27. doi: 10.13206/j.gjgS22031101
Lingxiao Zuo, Weitong Yi, Lei Zhu, Donglin Lyu, Hailin Sun. Methods for Determining Ultimate Bearing Capacity of Steel Beam-Column Joints Based on Moment-Rotation Curves[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2022, 37(5): 18-27. doi: 10.13206/j.gjgS22031101
Citation: Lingxiao Zuo, Weitong Yi, Lei Zhu, Donglin Lyu, Hailin Sun. Methods for Determining Ultimate Bearing Capacity of Steel Beam-Column Joints Based on Moment-Rotation Curves[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2022, 37(5): 18-27. doi: 10.13206/j.gjgS22031101

钢结构梁柱节点弯矩-转角曲线极限承载力确定方法

doi: 10.13206/j.gjgS22031101
基金项目: 

国家自然科学基金项目(51778035)。

详细信息
    作者简介:

    左凌霄,男,1997年出生,硕士研究生。

    通讯作者:

    易伟同,ywt09312@163.com。

Methods for Determining Ultimate Bearing Capacity of Steel Beam-Column Joints Based on Moment-Rotation Curves

  • 摘要: 对于钢结构的梁柱节点,弯矩-转角曲线是判断其承载力的重要依据,也是工程设计重要的参考指标。一般情况下,节点的弯矩-转角曲线具有上升段和下降段,因而极限承载力可直观得出,即为弯矩-转角曲线的峰值点。而对少数曲线,则只具有上升段,即随着转角的增大,弯矩一直增加,因而不具有峰值点。对于这类曲线,承载力的确定方法需要进一步深入研究,因而将讨论节点弯矩-转角曲线的位移限值取值方法,用于决定节点的承载力。
    首先总结了现有规范及相关研究中,钢管结构梁柱节点极限位移的取值方法。主要包括两类,一是通过主管位移取值,另一是通过支管位移取值。通过主管位移取值的方法主要有:CIDECT法,即以主管变形量为其直径的3%时作为极限状态;Lu方法,对 CIDECT法进行改进,即引入了主管变形量为其直径 1%时对应的荷载,将该荷载与 3%所对应的荷载进行比较,当 3%对应荷载大于 1%对应荷载的 1. 5倍时,取 1%对应荷载的 1. 5倍作为极限荷载,反之则取 3%对应荷载作为极限荷载;二倍刚度法(TEC),即过原点作斜率为初始刚度一半的直线,其与曲线的交点即为极限点。通过支管位移取值的方法主要有 Yura法,该方法将支管看作施加均布荷载的简支梁,以梁跨中处应变达到材料屈服应变的 4倍时作为极限状态。其次,针对 Yura方法未在规范中采用的情况,通过圆钢管节点试验和有限元模拟进行该方法的验证。最后以方钢管柱-工字梁节点为例探究了以上 4种不同取值方法的应用效果,设计了 4组试验并进行了相应的有限元模拟。在比较试验和模拟结果以确定模拟的可靠性后,基于有限元模拟结果对以上不同方法的极限转角取值进行分析。
    结果表明:Yura方法在钢管柱-工字梁节点中应用具有可行性;对于钢管柱 -工字梁节点,Lu方法得出的结果相对保守,且操作复杂;二倍刚度法需要节点具有完整的弯矩 -转角曲线,且同样操作复杂,并容易出现误差,因而适用性有限;CIDECT和 Yura方法相对而言操作简便,只要确定主管或支管的直径即可估算出极限位移,且这两种方法得出的极限转角差异较小。因而,建议用这两种方法计算其各自对应的极限转角,取其中较小的转角来确定极限承载力。
  • [1] 强旭红,陈欢,姜旭,等.高强钢端板连接节点弯矩-转角曲线数学模型[J].同济大学学报(自然科学版), 2020, 48(4):471-480.
    [2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震试验规程:JGJ/T 101-2015[S].北京:中国建筑工业出版社, 2015.
    [3] AISC. An American national standard specification for structural steel buildings:ANSI/AISC 360-10[S]. Chicago:American Institute of Steel Construction, 2010.
    [4] AISI. Connections for Use with the 2012 North American cold-formed steel specification[S]. Washington D C:American Iron and Steel Institute, 2012.
    [5] BSI. Design of composite steel and concrete structures:Eurocode 4[S]. London:British Standard Institute, 1994.
    [6] AISC. Cold-formed steel structures code:[S]. Sydney:Australian Institute of Steel Construction, 1988.
    [7] CIDECT. The strength and behaviour of statically loaded welded connections in structural hollow sections, monograph No. 6.:[S]. Corby:CIDECT, 1986.
    [8] Lan X Y, Chan T M, Young B. Testing, finite element analysis and design of high strength steel RHS T-joints[J]. Engineering Structures, 2021, 227.DOI: 10.1016/j.engstruct.2020.111184.
    [9] Cai Y C, Chan T M, Young B, Strength predictions of circular hollow section T-joints of steel grade 1100 MPa[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2022,188.DOI: 10.1016/j.jcsr.2021.107003.
    [10] BSI. Guide to methods for assesing the acceptability of flaws in metallic structures:BS 7910[S]. London:British Standard Institute, 2019.
    [11] ASME. Rules for construction of pressure vessels:[S]. New York:American Society of Mechanical Engineers, 1998.
    [12] 高超.基于损伤的N型钢管节点静力与滞回性能研究[D].北京:北京交通大学, 2010.
    [13] 薛彦涛.带转换层型钢混凝土框架-核心筒混合结构试验与设计研究[D].北京:中国建筑科学研究院, 2007.
    [14] Lu L H,Puthli R S,Wardenier J. Ultimate deformation criteria for uniplanar connections between I-beams and RHS columns under in-plane bending[C]//Proceedings of the 4th International Offshore and Polar Engineering Conference. Osaka:1994.
    [15] Zhao X L,Hancock G J. T-joints in rectangular hollow sections subject to combined actions[J]. Journal of Structural Engineering, 1992, 118:2639-2640.
    [16] Koral R M,Mizara F A. Finite element analysis of RHS T-joints[J]. Journal of Structural Engineering, 1982, 108(9):2081-2098.
    [17] Yura J A,Zettlemoyer N A,Edwards I F. Ultimate Capacity equations for tubular joints[C]//Proceedings of the Annual Offshore Technology Conference.Houston:1980:3690.
    [18] Xu F,Chan T M,Chen J. Punching shear based design of concrete-filled CHS T-joints under in-plane bending[C]//12th International Conference on "Advances in Steel-Concrete Composite Structures" ASCCS 2018. Valencia:2018.
    [19] Lie S T,Li T,Shao Y B, et al. Plastic collapse load prediction of cracked circular hollow section gap K-joints under in-plane bending[J]. Marine Structures, 2016, 50:20-34.
    [20] Zhao X L. Deformation limit and ultimate strength of welded T-joints in cold-formed RHS sections[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2000, 53(2):149-165.
    [21] Lie S T, Vipin S P, Li T. New reduction factor for cracked square hollow section T-joints under axial loading[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2015, 112:221-227.
    [22] Lie S T,Yang Z M,Gho W M. Validation of BS7910-2005 failure assessment diagrams for cracked square hollow section T-, Y-and K-joints[J]. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2009, 86(5):335-344.
    [23] Wan C,Bai Y,Ding C, et al. Mechanical performance of novel steel one-sided bolted joints in shear[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2020, 165:1-13.
    [24] 中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计标准:GB 50017-2017[S].北京:中国建筑工业出版社, 2018.
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  • 收稿日期:  2022-03-11

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