(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210390557.5 (22)申请日 2022.04.14 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 赵俊贤　何之秋　邹宇远　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 江裕强 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计 方法 (57)摘要 本发明提供的可更换耗能钢框架节点的两 阶段抗震设计方法， 包括： 以传统梁柱刚接的钢 框架结构 模型为依据， 确定竖向荷载作用下框架 梁的弹性弯矩分布， 确定可更换耗能节点的初步 位置； 确定可更换耗能节点的屈服弯矩My及防屈 曲支撑极限承 载力， 以此设计防屈曲支撑的连接 段及其长度； 确定可更换耗能节点的变形需求， 并由节点变形需求确定防屈曲支撑的屈服段长 度下限； 确定防屈曲支撑的弹性轴向刚度需求； 由防屈曲支撑的屈服轴力、 弹性刚度和屈服后刚 度确定可更换耗能节点的弯矩 ‑转角本构关系， 能解决可更换耗能节点由于刚度削弱引起的转 动刚度不明确及由此引起的结构内力分析困难 等问题， 能对基于梁上翼缘转动机制的可更换钢 框架节点进行抗震设计 。 权利要求书4页 说明书11页 附图10页 CN 115408741 A 2022.11.29 CN 115408741 A 1.可更换耗能钢框架 节点的两阶段抗震设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 确定竖向荷载作用下框架梁的弯矩分布， 以竖向荷载作用下钢框架梁的弯矩零 点为依据确定可更换耗能节点的初步位置， 并允许在初步位置基础上往相 邻柱一侧产生预 设偏移量α 的位置处作为可 更换耗能节点的实际位置； 步骤2： 确定 可更换耗能节点的屈服弯矩 My， 以及防屈曲支 撑极限承载力， 以此设计防屈 曲支撑的连接段及其长度； 步骤3： 假定梁柱各段为刚体， 根据可更换耗能钢框架节点的结构几何特征， 确定结构 变形、 节点转角、 防屈曲支撑变形之间的关系， 确定可更换耗能节点的变形需求， 并由节点 变形需求确定防屈曲支撑的屈服段长度下限； 步骤4： 建立可更换耗能节点刚度需求计算的基本假定和分析方法， 基于所述基本假定 和分析方法确定防屈曲支撑的弹性轴向刚度需求， 其中防屈曲支撑的弹性轴向刚度需求值 为： 其中， Kreq为防屈曲支撑 的弹性轴向刚度 需求值， E为钢材的弹性模量， Aave为防屈曲支 撑的等效截面面积， lB为防屈曲支撑的等效长度， Ib为悬臂梁段与中间梁段的截面惯性矩， l2为近柱侧一端的防屈曲支撑连接段中心至其邻侧拼接口的水平距离， l3为远离柱侧一端 的防屈曲支撑连接段 中心至其邻侧拼接口的水平距离， l4为远离柱侧一端的防屈曲支撑连 接段中心至梁中心位置的水平距离， h1为抗剪连接形心到梁轴线的竖向距离， h2防屈曲支撑 轴线到梁轴线的竖向距离， d为可更换耗能节点处相邻梁段之间的拼接间隙， KB， E为防屈曲 支撑的弹性轴向刚度计算值， KBe为防屈曲支撑连接段轴向刚度， KBy， E为防屈曲支撑屈服段 弹性轴向刚度， β 为轴向刚度需求调整系数， lBe为防屈曲支撑连接段有效长度， lBy为防屈曲 支撑屈服段长度， ABe为防屈曲支撑连接段截面 面积， ABy为防屈曲支撑屈服段截面 面积； 步骤5： 根据剪力与轴力需求， 进行抗剪连接设计； 步骤6： 对 梁端部进行地震损伤控制验算； 步骤7： 由防屈曲支撑的屈服轴力、 弹性刚度和屈服后刚度确定可更换耗能节点的弯 矩‑转角本构关系。 2.根据权利要求1所述的可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法， 其特征在于， 步骤1中所述预设偏移量α 的取值 不超过初始位置的20％。 3.根据权利要求2所述的可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法， 其特征在于， 步骤1中， 当预设偏移量 为α 时， 满足： doff＝la0‑lac权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115408741 A 2doff≤α la0 式中， doff为可更换耗能节点布置位置的允许偏移量， la0为传统梁柱刚接结构的框架梁 在竖向荷载作用下的弯矩零点到柱轴线的距离， lac为可更换耗能节点的实际布置 位置到柱 轴线距离 。 4.根据权利要求1所述的可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法， 其特征在于， 步骤2具体包括以下子步骤： 建立结构模型， 在结构模型 上施加竖向荷载和水平地震荷载共同作用； 对小震阶段的结构进行竖向和水平荷载共同作用下的弹性内力分析， 以小震作用下可 更换耗能节点实际布置 位置的弯矩设计值M0为依据确定该节点的屈服弯矩My和防屈曲支撑 的屈服段截面 面积： My＝1.05～1.1M0 FBy＝0.95～1.0 5My/(h1+h2) ABy＝FBy/fBy 根据防屈曲支撑的设计要求， 估算防屈曲支撑其 余各段截面面积及极限承载力： ABe＝2.5ABy FB， max＝ωFBy 式中， FBy为防屈曲支撑的总屈服轴力， h1+h2为防屈曲支撑轴线与节点转动中心之间的 竖向高度 差， fBy为防屈曲支撑屈服段钢材的屈服强度平均值， ABy为防屈曲支撑的屈服段截 面总面积， FB， max为防屈曲支撑的极限承载力， ABe为防屈曲支撑的连接段截面总面积， ω为 防屈曲支撑的屈服段钢材考虑应 变硬化和摩擦力综合影响的强化系数； 根据防屈曲支撑的极限承载力确定根据防屈曲支撑的连接段所需螺栓数量， 并确定连 接段长度lBe。 5.根据权利要求1所述的可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法， 其特征在于， 步骤3中， 限制可 更换耗能节点的最大变形量 不超过3％， 即： ΔB＝θG(h1+h2) d＝1.5ΔB 其中， θG为可更换耗能节点的刚体转角； θ为结构在大震下的层间位移角限值； lac为可 更换耗能节点到框架柱轴线的距离； lb为同一根框架梁上所布置的两个可更换耗能节点之 间的距离； ΔB为防屈曲支撑的轴向变形； h1+h2为防屈曲支撑轴线与节点转动中心之间的竖 向高度差； lBy为防屈曲支撑的屈服段长度； d为可更换耗能节点处相邻梁段之间的拼接间 隙。 6.根据权利要求1所述的可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法， 其特征在于， 步骤4中所述基本假定和分析 方法为： 从梁‑柱交界面至地震作用下梁反弯点范围内取出含可更换耗 能节点的钢框架梁作为 隔离体进行分析， 其中梁 ‑柱交界面处视为固接， 在梁反弯点处作用有竖向单位力， 用于计权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115408741 A 3