钢结构端板连接抗震设计的研究

钢结构端板连接抗震设计的研究
随着我国市场经济发展进程的不断加快，科学技术得到了较快的发展。

其中对钢结构端板连接节点的抗震设计方法，是保证工程建设使用安全性和稳定的重要研究项目。

钢结构端板连接具体是指，利用构件的端部焊接端板与另一构件的端板或者是柱翼缘进行连接的方式来发挥作用的，其中承载力是对节点中的构造起到决定性作用的因素。

文章对其抗震承载力设计、承载力极限设计以及端板连接延性设计的方法进行了说明，旨在为相关工程建设人员提供一些帮助。

一、钢结构端板连接抗震设计要点
1.钢结构端板
在对钢结构端板连接的抗震设计中，端板的外伸长度不宜过大，只要能为螺栓布置提供端距即可。

这是因为如果端板连接的外伸长度超过螺栓布置的端距很多，就会使螺栓受撬力影响过大。

而对于端板宽度的设计，当端板梁翼缘的宽度能够满足螺栓布置的边距需求时，那么端板的宽度就应与梁翼缘的宽度一致。

在钢结构抗震设计中，当需要把端板的宽度增大且将螺栓的布置靠近端板侧的边缘时，螺栓孔的边缘就不應超出端板梁翼缘的宽度范围。

此外，还可以在梁端通过增大梁翼缘宽度的方式来保证螺栓结构的受力能力。

还需要注意的是端板的设计厚度，端板厚度的合理性设计是提高端板连接节点在进行初始转动时刚度和承载能力的。

端板设计厚度过小，会使得端板连接节点的刚度和承载力能力也随之降低[1]。

2.钢结构端板螺栓设计
据相关研究表明，在对钢结构端板连续进行抗震设计的过程中，端板的外伸部分应设置四个螺栓，这一设计是使其起到连接端板的作用。

然而，在钢结构的端板连接中必然会存在受拉区，这就在一定程度上影响了螺栓受力稳定性。

螺栓受力不均匀，就会使得端板连接的耗能能力减小。

因而，这种螺栓布置的抗震设计方法并不推荐采用。

此外，在选取端板连接的螺栓时，需要采用具有高强度的摩擦型螺栓进行工作。

摩擦型螺栓的直径最好在20-30mm之间，如有M20和M24型号的螺栓时则要进行优先选择[2]。

二、钢结构端板连接的抗震设计方法
多层抗震框架结构是我国工程项目建设中常见的建设方法，而其中梁柱端板连接设计是决定其结构建设稳定性的重要内容。

下面内容即对其两端外伸式的具体抗震设计的方法进行阐述。

1.抗震承载力设计
端板连接抗震设计中，承载力对工程抗震能力起着决定性作用的。

其中节点域柱腹板设计应按照国家标准抗震规范进行设计验算，具体方法如下公式中所示。

对螺栓的抗震设计应结合承载力调整系数、单个螺栓的抗剪承载力取值以及单个螺栓抗拉承载力取值来进行。

然而，当具有高强度的摩擦型螺栓要同时承受，在螺栓摩擦面间的剪力和螺栓杆轴向外拉力时，其螺栓抗震承载力的设计应按照国家规定的钢结构规范算法来进行设计验算[3]。

钢结构在地震的作用下，其构件的腹板和梁柱腹板的设计应按照轻钢规程设计标准来进行。

在设计局部承载力时，只需将公式右边的钢材强度设计值除以承载力抗震调整系数，且取值最好为0.9。

2.承载力极限设计
钢结构端板连接在对焊缝进行抗震设计的过程中，需要将构件翼缘和中端板之间的焊缝满足国家规定的抗震规范设计方法来进行。

除此之外，对于构件的腹板与端板之间的焊缝也应如此。

在对端板连接材料承载力极限进行设计的过程中，螺栓的抗拉设计应满足“抗震规范”中的内容进行。

而文章提出的梁翼缘两侧的螺栓材料极限抗拉承载力也是如此，但需要注意的是这一设计结果不能小于将其乘以1.2调整系数后的梁翼缘塑性的抗拉承载力，其具体内容如下公式中所示。

图2中所示的是指梁翼缘两侧第一排需要的受拉螺栓总数，是指单个螺栓的极限抗拉承载力。

这些具体参数内容都需要根据一定的方法来获得。

3.端板连接延性设计
钢结构的端板连接抗震设计在完成上述内容后，需要对会对端板连接节点产生破坏的延性特征进行进一步设计。

这是保证钢结构端板连接节点具有极限转动能力、变形能力以及良好的耗能能力的重要设计内容。

对端板连接节点产生破坏的模式主要有三种，分别是端板和节点域柱翼缘破坏模式、节点域先于螺栓和端板发生屈服的破坏模式以及端板结构先于螺栓发生屈服现象的破坏模式。

这三种破坏模式都是因其自身存在的延性特征而产生消极作用的，下面就对端板和节点域柱翼缘破坏模式的控制方法进行阐述。

文章所述的梁柱端板连接设计中，均设置了节点域柱腹板加劲肋和端板加劲肋。

然而，螺栓附近的端板和柱翼缘受到周边板件结构较强的约束作用，容易在螺栓孔周围发生冲剪破坏。

这就要求端板和柱翼缘的抗弯承载力小于冲剪承载力，因为在地震作用下，端板和柱翼缘的破坏形式首先应该是弯曲破坏，而不是冲剪破坏。

只要在设计的过程中，将破坏模式的先后顺序保证了就可以对其发生的变形能力进行有效控制[4]。

结束语：
综上所述，与钢结构端板的节点连接相关的研究成果及相关设计规范，在很大程度上决定了其完成质量。

而其中的抗震设计方法更是在验算设计中对有关规范进行了大量使用。

事实证明，只有在一定规范下的钢结构端板连接抗震设计，才能保证其具有良好的结构延性使其在整体的建设结构中发挥出应有的承载作用。

此外，对于钢结构端板连接的破坏模式进行控制设计时，还要注意保证其对节点的极限转动能力。

参考文献：
[1]刘其祥，陈幼璠，陈青来.现行建筑抗震设计规范多高层钢结构梁柱刚性连接设计方法的技术矛盾[J].建筑结构，2010，06：1-6.
[2]吴兆旗，何田田，姜绍飞，苏建强.钢结构梁柱连接节点抗震性能研究进展[J].福州大学学报（自然科学版），2011，05：658-665.。