足尺钢梁柱刚性连接节点抗震性能试验研究.docVIP

第qianjr@mail.tsinghua.edu,cn 职位：高级工程师，工程师 收稿日期2005-09-02 发表日期2005-09-12 2 试件、加载和量测 2.1试件 10个试件的编号为TS-1~TS-10,均采用焊接箱型截面柱和热轧工字形梁,梁柱截面尺寸分别相同,如图1所示。柱截面为550mm@550mm,板厚30mm,箱型截面内在梁翼缘对应位置设置20mm厚的隔板;梁截面高588mm,翼缘宽300mm、厚20mm,腹板厚12mm。连接梁腹板与柱板件的剪切板厚8mm。（图 1 试件示意图） TS-1和TS-2分别为标准栓焊连接节点和标准全焊连接节点。TS-3、TS-4、TS-5和TS-9为梁根部翼缘加强型节点。其中,TS-3的梁根部翼缘加宽,为全焊连 接;TS-4和TS-5的梁根部上下翼缘加梯形盖板,盖板与梁翼缘之间采用角焊缝连接,TS-4的剪切板与梁腹板采用两排螺栓连接,TS-5采用单排螺栓连接;TS-9的梁根部下翼缘加腋,为全焊连接。TS-6、TS-8和TS-10为削弱型节点。其中,TS-6的梁翼缘圆弧切割削弱,TS-8的梁翼缘直线切割削弱,削弱部位两侧切掉的最大宽度各为60mm,TS-6和TS-8也称为狗骨型节点;TS-10为翼缘打孔削弱型节点,梁的上、下翼缘各打两排圆孔,圆孔直径为20mm。TS-7为梁贯通型连接节点,柱内水平隔板伸出柱面,与梁翼缘及梁翼缘的水平边板焊接。 TS-2、TS-3和TS-9采用长975mm的短梁与柱全焊连接,短梁的另一端与梁栓焊连接。其他试件的梁柱为栓焊连接,即梁翼缘与柱之间采用全熔透坡口焊缝连接,梁腹板通过剪切板与柱连接,剪切板与柱之间采用角焊缝连接、与梁腹板之间采用直径25mm的摩擦型高强螺栓连接。手工焊采用E5015焊条,自动焊采用H08MnA焊丝。全部焊缝经超声波检查,质量符合一级焊缝的标准。 试件的钢材采用Q345钢,实测屈服强度fy=41015 N/mm2,实测极限强度fu= 53318 N/mm2。梁腹板上端焊接工艺孔扇形切角的圆弧半径为15mm;梁腹板下端焊接工艺孔扇形切角有两种,如图2（ 图2 梁腹板下端焊接孔扇形切角和衬板详图(单位:mm) ）所示。焊后保留衬板。为了消除衬板的缺口效应,用6mm高的角焊缝封闭衬板边缘。TS-2、TS-3和TS-9的衬板为6mm@23mm,对称布置在翼缘内侧;TS-7的衬板为10mm@100mm,其余试件的衬板为10mm@42mm,布置在翼缘下方。 2.2 加载和量测 试验加载装置如图3（ 图3 试验加载装置和测点布置图(单位:mm) ）所示。试件的柱水平放置,用四根钢梁和丝杠固定于台座上,柱的两端分别用千斤顶和梁顶住,防止试件水平滑移。用固定于反力墙上的液压千斤顶在梁端施加往复荷载,加载位置距梁根部1870mm。 2.3检测控制仪表 量测内容包括:施加的荷载;梁的水平位移,测点位置距柱面为1650mm(本文称之为梁端位移测点)和1000mm;距梁根部740mm范围内梁翼缘的正应变;梁腹板的正应变和剪应变;柱端的水平与竖向位移。图3（ 图3 试验加载装置和测点布置图(单位:mm) ）是TS-1的测点布置图,其余试件的测点布置基本与其相同,但TS-2和TS-3腹板应变的测点距梁根部为60mm,TS-6翼缘应变的测点略多。用计算机数据采取系统采集量测的数值。 2.4加载历史 试验前用ANSYS(ED515)[12]对试件进行非线性有限元分析,假定材料为各向同性,弹性模量取2×10*5N/mm2,泊松比取013,质量密度取7850，kg/m3,材料非线性采用Mises等向强化准则,材料本构关系取理想弹塑性模型,屈服强度取实测值。 试验加载制度为:试件弹性极限前分三级加载,位移增量为Dy/3,每级位移循环一次;进入塑性后位移增量为015Dy,每级位移循环2次。Dy为试件弹性极限时梁端位移测点的水平位移,称为弹性极限位移,由ANSYS非线性有限元分析得到,将翼缘开始屈服、进入塑性定义为试件的弹性极限。 3 试验结果 3.1 裂缝发展 除TS-2、TS-4和TS-9外,其他试件在焊接工艺孔扇形切角处梁腹板与梁翼缘连接的根部出现裂缝,说明该处由于连接两块互相垂直的连续板材,存在比较严重的应力集中;全焊连接节点TS-2、TS-3和TS-9的梁腹板与柱板件之间的角焊缝开裂;除TS-4和TS-5外,其他试件的剪切板与柱板件之间的角焊缝开裂;TS-1、TS-5、 TS-6、TS-8、TS-10的剪切板与梁腹板之间产生滑移,尤其是采用单排螺栓连接的TS-5,剪切板与梁腹板之间滑移严重