何 川 叶银平 郭文达

(广西大学土木建筑工程学院，广西南宁 530004)

0 引言

随着人类文明的进步，新的材料、技术、工艺不断涌现，这为现代建筑的发展开辟了广阔的道路。在1994年美国Northridge地震和1995年日本Kobe地震中，大量刚性钢框架梁柱节点出现了破坏现象，因此国内外对此问题进行了较多的研究工作［1，2］，这其中都是针对常规框架节点或半刚性节点的。

近年来随着工业建筑生产工艺布置需要，在大多数工程中出现了因柱左右两侧梁截面的差异形成的异型节点域。如大型火电钢框排架主厂房，国内外学者对此问题的研究尚属起步阶段，2010年薛建阳和彭修宁等［3-5］为研究大型火电厂中钢框架梁柱异型节点的受力性能，按强构件弱节点的要求设计了6个不同轴压比和梁高比的十字形框架节点试件并对其进行了低周反复加载试验。

本文根据目前的研究成果从受力性能、破坏状况及影响因素、抗剪承载力和节点域的设计方法介绍了钢框架梁柱异型节点的研究现状，同时指出当前研究中的不足之处，以供参考。

1 异型节点的受力性能

根据已有的试验资料表明［3-5］，钢框架梁柱异型节点在低周反复荷载作用下有较好的刚度、延性和抗剪承载力，但节点的剪切变形比一般常规节点要大。异型节点域被与梁翼缘对应的隔板分为两个核心区，即上核心区(1区)和下核心区(2区)，异型节点域节点的受力分析如图1所示［4］。

图1 异型节点受力图

1)抗剪承载力:上核心区承受的剪力比下核心区承受的剪力要大很多，故上核心区将先于下核心区屈服，且发现当轴压比在0.2～0.4变化时，节点抗剪承载力变化不明显;同时梁截面高度比对异型节点的极限承载力有一定的影响，但影响不大;其大小主要与钢材和节点域的强度有关。

2)延性和耗能性能:异型节点的荷载(F)—位移(Δ)滞回曲线表明，节点的塑性变形能力都很强、滞回曲线饱满、刚度退化小、承载力高;无论是延性还是耗能能力，钢结构异型节点和其他常规钢结构节点一样，具有很好的抗震性能。上核心区和下核心区不是作为一个整体工作，它们是通过各自的变形分别消耗能量。核心区的延性主要由核心区的剪切变形提供，上核心区和下核心区的剪切角都可以超过0.03 rad，都具有较强的耗能能力。

3)核心区的剪切变形及刚度退化:异型节点核心区的剪力(V)—剪应变(r)滞回曲线表明，当处于弹性阶段时，节点域的剪切变形很小，但当节点域进入塑性阶段后，节点域的剪切变形将迅速增大，最大时达到0.04 rad。通过比较发现，上核心区的剪切变形在整个加载过程中都要比下核心区的剪切变形大，且在塑性阶段更加的明显，此时上核心区的剪切角比下核心区大约高0.005，同时与常规节点相比，钢框架异型节点的剪切变形要大很多。

2 异型节点的破坏状况

2.1 节点域的受力特点

文献［3］～［5］研究结果表明上核心区和下核心区将共同承受荷载，在加载过程中，核心区斜方向受力最大，上核心区腹板中心将发生屈服，此时下核心区还没有屈服，两者不是作为一个整体工作，下核心区将对上核心区起到一定的约束作用;随着荷载的增大，屈服区将向节点域四周缓慢发展，当上核心区全部屈服后，下核心区才开始屈服，最终达到节点域的全部屈服。

2.2 异型节点与常规节点破坏模式的对比分析

钢框架梁柱常规节点的破坏基本都是从大梁下翼缘连接焊缝开始，其主要破坏模式为大梁翼缘与柱翼缘交界面连接处出现部分或全部开裂，核心区发生剪切屈曲。由此可见，虽然异型节点和常规节点破坏开始的部位是相同的，但是两者破坏的发展趋势和程度都不相同。

破坏模式差异分析:1)节点形式:由于柱两侧的梁的截面高度和刚度都不同，这就造成了异型节点与常规节点受力和传力形式的不同，且大梁的刚度远大于小梁，在受力分配时大梁所承受的力要远大于小梁。2)其他因素的影响:如焊缝质量和应力集中影响的程度不同。

3 钢框架梁柱异型节点研究中存在的问题

1)异型节点的试验研究目前还很少，较片面，缺乏完整性。目前仅对箱形柱和梁变截面所形成的十字形异型节点做了相关的研究，而对其他截面类型和节点形式的研究还没有，如边节点、变截面柱和变截面梁形成的异型节点等。

2)异型节点的内力传递机理不明确:钢框架梁柱异型节点试验研究都集中在节点的破坏形态和承载力上，对异型节点的构造和应力传递机制的研究还不够深入;节点承受柱端传来的轴力、梁端弯矩和剪力，处于复合受力状态，内力传递机理较复杂，受很多因素如框架梁和框架柱类型、钢材的种类、节点连接的构造形式等的影响。由于当前研究的异型节点为特殊的“强梁弱柱”型节点，在研究过程中只分析了轴压比、梁高比对此类节点承载力的影响，对其他参数的影响和“强柱弱梁”型异型节点还没有进行研究，且试验试件梁、柱内大都采用Q235钢，不能适应梁柱采用多种钢材型号的需要。

3)异型节点的空间性能和静力及动力性能研究较少:从现有的试验资料来看，因试验条件限制，目前钢结构梁柱异型节点的试验仅为平面加载的拟静力试验。而拟静力试验无法真实的反映异型节点在地震作用下的受力特点及性能，一方面是由于平面加载无法对异型节点承载力在实际工程中受直交梁的约束作用进行试验分析和验证，另一方面因为目前异型节点的抗震试验只考虑单向地震作用，而实际的地震作用方向是多维的，故当前研究结论有待改进;同时有关钢结构梁柱异型节点的静力力学性能的试验研究还没有。

4)异型节点承载力的计算公式还有待于进一步改进和完善，提出既合理又简单的节点域承载力计算公式和构造措施对异型节点在框架结构中的运用具有重要的意义。研究表明异型节点的剪切变形很大，但上核心区和下核心区不是作为一个整体来工作，如何将异型节点剪切变形的影响考虑到钢框架抗震性能中也需要做进一步的研究，与此同时提出含异型节点的钢框架结构在不同设计地震水平下的地震响应分析方法和设计方法也是需要解决的问题。

4 结语

钢框架梁柱异型节点的破坏主要由焊缝撕裂引起，因此焊缝质量显得尤为重要，同时合理的构造措施也是改善异型节点受力和耗能的重要设计内容。另外，积极开展相关的数值模拟和理论分析是十分必要的，试验中构件数量、研究的因子都有限，此时数值模拟分析可作为补充手段。

［1］余海群，钱稼茹，颜 峰，等.足尺钢梁柱刚性连接节点抗震性能试验研究［J］.建筑结构学报，2006，27(6)：18-27.

［2］王 燕，彭福明，赵桂明.钢框架梁柱半刚性节点在循环荷载作用下的试验研究［J］.工业建筑，2001，31(12)：55-57.

［3］薛建阳，胡宗波，彭修宁，等.钢结构箱型柱与梁异型节点抗剪承载力分析［J］.土木工程学报，2011，44(8)：9-15.

［4］彭修宁，薛建阳，刘祖强，等.刚性钢框架异型节点性能及设计方法［J］.土木建筑与环境工程，2010，32(3)：22-26.

［5］薛建阳，刘祖强，彭修宁，等.大型火电主厂房钢结构异型节点抗震性能试验研究［J］.建筑结构学报，2011，32(7)：133-140.