钢框架梁端塑性铰区长度的确定

发布于：2023-03-15 14:18:15 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

塑性铰的概念无需多说。而塑性铰区，实际就是塑性铰附近进入塑性的一个长度区域。《钢标》还新引入了新的术语——“塑性耗能区”。钢框架的塑性耗能区一般就是框架梁端的塑性铰区。

钢结构设计中，梁端塑性铰的概念经常会出现，主要是在《钢标》的塑性设计和抗震性能化设计时，以及《抗规》中涉及框架梁端的构造和连接等。这些规定，实际都牵扯梁端塑性铰区的长度。

比如《抗规》要求在塑性铰处设置侧向支承（条文说明给出在0.15倍梁跨处，从柱中心开始计算）：

《高钢规》与《抗规》一致，要求梁端塑性铰处设置隅撑（同样是0.15倍梁跨位置）。

《抗规》和《高钢规》虽然没直接说塑性铰区长度，但给出了侧向支承的位置。熟悉规范的朋友应该还记得，98版《高钢规》规定侧向支承位置为梁端离柱中心1/8~1/10梁跨处（升版后加长了）。

再比如，《钢标》抗震设计时在塑性耗能区可设置替代隅撑的加劲肋，但未说明塑性耗能区多长。《钢标》塑性设计的构造规定与之类似。

那么，钢框架梁端塑性铰区的长度到底是怎么确定的呢？规范中似乎没有交代。实际是可以根据梁端的受力状态推算得来的（日本《建築物の構造関係技術基準解説書》《鋼構造接合部設計指針》或者日文书籍中译本《结构设计专家入门》《钢结构技术总览》等书籍中均有涉及）。

考虑钢框架在侧向地震作用下梁端在进入塑性后，材料继续强化，直至出现下图的极限状态。梁端塑性铰区的长度范围可以认为是梁端（柱边）到弯矩降低为 M p的长度，即图中的塑性区范围 L h，根据几何关系可以表达为下式：

参考日本《鋼構造接合部設計指針》梁柱刚性连接节点极限承载力演算时梁端强化的相关资料，强化系数取1.2（大致相当于强屈比），则梁端塑性铰区长度 L h为0.083 L，也就是通常规定的柱边起计算1/10梁净跨和2倍梁高范围内。日本《建築物の構造関係技術基準解説書》的规定即是如此（如果细心会发现其实《抗规》9.2.11条文说明也给了类似的规定）。

由于《抗规》和《高钢规》采用的是从柱中心开始计算梁端塑性铰区长度，所以实际长度与上述公式计算比稍大，但大差不离，而98版《高钢规》的则偏小了。

知识点：钢框架梁端塑性铰区长度的确定

等效塑性铰区长度

框架梁端钢框架框架梁钢框

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其实一句话就能说清楚——梁梁拼接节点位于塑性铰区（塑性耗能区），应按抗震的极限承载力要求进行设计；避开塑性铰区，则按静力设计的要求即可。道理很简单，我想经过前面两篇的铺垫应该不用再说了。需要说说的是，相关规范有的并没有说得很清楚，在执行时需要注意。比如《抗规》8.2.8条（《高钢规》也是如此），对于拼接要求按极限承载力验算，未作任何说明（但抗规9.2.11有）。实际上，《抗规》引用的日本《鋼構造接合部設計指針》中明确说明这是对处于全塑性区域的要求。另外，按道理讲，梁梁拼接也应进行受剪极限承载力验算（想一下怎么算？《高钢规》有规定）。

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