Q690高强钢外伸端板加劲螺栓连接抗震性能试验研究.docx

Q690高强钢外伸端板加劲螺栓连接抗震性能试验研究 0 引言外伸端板螺栓连接是钢结构中常用的装配式梁柱节点形式之一，在我国实际工程应用中经常采用端板加劲肋的外伸端板加劲螺栓连接节点随着高强钢在国内外钢结构工程中广泛应用，高强钢的力学性能成为国内外学者研究的焦点，施刚等基于此，本文设计了3种不同屈服机制的高强钢外伸端板加劲超强、等强和欠强节点，为满足前两种节点抗震性能目标同时增加其延性，采用同步塑性设计理念1 试验概况1.1 构件设计假定框架的抗震等级为二级，根据GB 50011–2010《建筑抗震设计规范》对框架梁柱板件宽厚比的规定，初步确定Q690高强钢框架梁柱截面尺寸分别为H 300×110×8×10和H 250×220×12×16。为保证框架梁是以弯曲破坏为主，H形钢翼缘与腹板之间采用全熔透坡口对接焊缝连接，焊缝质量等级为Ⅰ级。焊丝选用ER76–G型号、直径为1.2 mm。焊接方式采用气体保护焊，气体成分为80%Ar和20%CO1.2 连接能力设计根据能力设计原则设计梁柱节点时所需检查的区域如图1a所示，梁柱超强（ESF）、等强（ESE）和欠强（ESP）节点的性能水平应满足式中：式中为重力荷载作用下的梁端剪力，其值与梁端两塑性铰之间的距离在荷载作用下，EC3组件法认为任意节点的承载机制均可由一系列独立的基本组件构成，基于该理念给出了整个节点的抗弯承载力和初始刚度计算方法式中，式中对于Q690高强钢外伸端板加劲螺栓连接节点，本文按照EC3规范保守地取其应变硬化系数 1.3 材性试验根据GB/T 228.1–2010 《金属材料 拉伸试验：第一部分：室温试验方法》、GB/T 2975–1998《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》的有关规定进行材性试验，钢材应力-应变曲线见图2，主要材性参数实测值见表1。由表可知，Q690D钢材的主要力学性能指标满足相应规范1.4 试验装置及加载制度试验在西安理工大学结构实验室进行，试验装置如图3所示。采用梁柱倒置的方式进行加载，试验时将柱横卧并将其一端与反力装置的铰支座端板通过高强螺栓相连，另一端在柱上下翼缘处设置单向铰支座采用压梁和4根M30拉杆将其锚固在地梁上，用于模拟框架结构在侧向力作用下梁柱反弯点间典型单元的受力特性，忽略钢柱的试验参考美国 AISC 抗震设计规范1.5 测点布置及测量内容试验需要测量各试件的梁端弯矩-转角滞回曲线，以及关键部位的应变分布。图4给出了试件的位移布置方案，测点布置说明如下：DT1~DT3位移计用于测量高强钢梁的水平位移；DT4用于测量端板的水平位移；DT5/6与DT7/8用于测量端板的竖向位移；DT9/10用于测量与端板位移计相对应位置的柱翼缘竖向变形；DT13、DT14用于测量柱翼缘水平位移，基于上述位移计测量结果可获得端板连接的转角。此外，将3个额外的位移计DT5/6、DT7/8与位移计DT9/10组合使用，以及布置在梁柱腹板位置的倾角仪（图中未给出）亦可计算连接的转角，三种测量转角的方法可以相互验证，提高试验数据的可靠性。梁柱节点的行为通常可以采用梁的转角可通过下式计算，式中式中式中，式中根据节点预期的性能设计目标，强震作用下超强节点首先在梁上形成塑性铰，节点损伤部位集中在梁上；欠强节点的损伤部位主要位于连接处；等强节点则在梁上和连接处均产生不同程度的损伤以耗散地震能量。为分析本次试验设计的高强钢梁柱节点的屈服耗能机制，对3个试件沿梁长度方向的柱腹板加劲肋和梁翼缘上、以及受拉区（正向加载时）的端板截面上均布置了应变片，以监测截面塑性变形发展水平和顺序。2 试验现象及破坏形态根据ESF节点试验记录，先在柱顶施加1000 kN的水平荷载，然后进入预加载阶段，检查各仪表均正常工作后进行正式加载。在试验加载至34 mm位移级之前，ESF试件的钢梁截面削弱区、梁翼缘以及加劲肋与端板间的焊缝完好，端板与柱面接触紧密。在加载至34 mm位移级的第1圈 在加载至34 mm位移级之前，ESE节点的钢梁截面削弱区、梁翼缘以及加劲肋与端板间的焊缝完好，端板与柱面接触紧密。在加载至34 mm位移级的第1圈 在ESP试件加载至51 mm位移级的 级的第1次正向最大位移时，端板加劲肋处焊缝也产生一条轻微裂纹。在加载至85 mm位移级的第1次负向最大位移时，钢梁上翼缘与端板间焊缝裂纹基本贯通（图5e），由于加劲肋与端板间的相互连接作用，试件的承载力略降低。试验在第2循环时，由于达到侧向支撑限值而加载结束。卸载后试件的残余变形见图5f，由图可知试件的破坏主要集中在连接处，以连接焊缝断裂为主，属于脆性破坏模式。