高強(qiáng)度鋼材鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究.pdf

1、與普通強(qiáng)度鋼材鋼結(jié)構(gòu)相比，高強(qiáng)度鋼材鋼結(jié)構(gòu)同樣具有材質(zhì)均勻、剛度大、塑性和韌性好、易于連接等優(yōu)點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)中采用高強(qiáng)度鋼材能夠減小構(gòu)件的截面尺寸，從而減輕結(jié)構(gòu)自重，降低地震作用，相應(yīng)焊縫尺寸的減小也能改善鋼結(jié)構(gòu)的疲勞性能，因此世界各國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)中也逐漸開始采用高強(qiáng)度鋼材。由于高強(qiáng)度鋼材的屈強(qiáng)比變大、延性降低，結(jié)構(gòu)的抗震性能必然呈現(xiàn)新的特征。本文即從高強(qiáng)鋼材料、焊接接頭及梁柱節(jié)點(diǎn)這三方面進(jìn)行抗震性能研究，以期為抗震設(shè)防區(qū)高強(qiáng)度鋼材

2、鋼結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　在理論分析方面，深入理解了各國(guó)規(guī)范有關(guān)節(jié)點(diǎn)域抗剪承載力驗(yàn)算以及節(jié)點(diǎn)域?qū)捄癖认拗档囊?guī)定，基于四角彈簧計(jì)算模型對(duì)美國(guó)規(guī)范關(guān)于節(jié)點(diǎn)域極限剪切承載力的計(jì)算公式作了具體推導(dǎo)，以便后續(xù)節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究對(duì)其進(jìn)行具體驗(yàn)證。
　　在材料性能方面，首先對(duì)國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)度鋼材Q690GJ及其焊縫接頭在單調(diào)加載下的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明母材及焊縫連接在單調(diào)加載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均沒有明顯的屈服平臺(tái)，單調(diào)壓縮時(shí)的強(qiáng)度大于

3、單調(diào)拉伸;焊縫連接的拉壓名義屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)低于母材，但抗拉強(qiáng)度僅略低于母材，且焊縫連接的極限拉應(yīng)變較母材大得多，從材料層面可以表征焊縫接頭的延性較為良好。其次，對(duì)Q690GJ及焊縫連接在循環(huán)荷載下的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明兩者均發(fā)生了包辛格效應(yīng)，在各種循環(huán)加載制度下的滯回性能良好，但與單調(diào)加載相比延性變差;母材由于循環(huán)硬化作用鋼材強(qiáng)度提高不明顯，應(yīng)變幅增加至1.75％后，骨架曲線應(yīng)力即發(fā)生明顯下降，而焊縫連接的應(yīng)力值由于硬化作用有較大

4、提高，較高應(yīng)變幅下才出現(xiàn)循環(huán)軟化。
　　在構(gòu)件層面，本文設(shè)計(jì)了兩組高強(qiáng)度鋼材梁柱節(jié)點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行低周反復(fù)荷載下的試驗(yàn)研究以揭示不同節(jié)點(diǎn)的屈服機(jī)制及破壞模式，對(duì)邊節(jié)點(diǎn)試件主要探討了鋼材強(qiáng)度及翼緣加強(qiáng)板對(duì)其抗震性能的影響，對(duì)中節(jié)點(diǎn)試件則著重分析了節(jié)點(diǎn)域貼焊補(bǔ)強(qiáng)板及斜向加勁肋對(duì)其抗震性能的影響。從試驗(yàn)結(jié)果可知:由于焊縫的力學(xué)性能與母材不匹配，邊節(jié)點(diǎn)普通栓焊試件下翼緣焊縫斷裂較早，試驗(yàn)所得滯回曲線不夠飽滿，而翼緣板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)塑性鉸轉(zhuǎn)移至加強(qiáng)

5、板末端，避免了梁端焊縫的脆性斷裂，屈服荷載、極限荷載有較大提高，滯回性能相對(duì)良好;中節(jié)點(diǎn)梁端加厚-翼緣削弱試件的滯回曲線均呈飽滿的梭形，普通試件的破壞形式為節(jié)點(diǎn)域出現(xiàn)剪切塑性鉸，節(jié)點(diǎn)域加強(qiáng)試件則為梁截面削弱最深處出現(xiàn)彎曲塑性鉸，且從節(jié)點(diǎn)承載力來看，貼焊補(bǔ)強(qiáng)板和斜加勁肋進(jìn)行加強(qiáng)的效果相當(dāng)。
　　在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，本文采用ANSYS軟件對(duì)所有節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行了低周反復(fù)荷載下的有限元分析。根據(jù)有限元所得von Mises應(yīng)力云圖能夠較好地

6、跟蹤梁柱節(jié)點(diǎn)在不同破壞模式下塑性鉸的形成全過程，所得梁端荷載-位移滯回曲線、骨架曲線也與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。邊節(jié)點(diǎn)的有限元滯回曲線表明，隨著位移幅值的增加，試件鋼材強(qiáng)度越高越早出現(xiàn)剛度軟化;中節(jié)點(diǎn)的彎矩-轉(zhuǎn)角有限元滯回曲線表明，節(jié)點(diǎn)域經(jīng)加強(qiáng)后極限轉(zhuǎn)角值僅為0.01～0.015rad，極限轉(zhuǎn)動(dòng)能力下降較多。
　　從節(jié)點(diǎn)的抗震性能看，節(jié)點(diǎn)的剛度退化基本與鋼材強(qiáng)度無關(guān)，且對(duì)比中節(jié)點(diǎn)試件節(jié)點(diǎn)域彈性剛度的理論值與有限元分析值，并推算節(jié)點(diǎn)域的等

7、效厚度可得節(jié)點(diǎn)域貼焊的補(bǔ)強(qiáng)板參與工作的程度為54％，而斜向加勁肋參與工作的程度為38％;所有節(jié)點(diǎn)試件根據(jù)試驗(yàn)研究與有限元分析所得位移延性系數(shù)均小于3，等效粘滯阻尼系數(shù)均小于0.4，與普通鋼節(jié)點(diǎn)相比，高強(qiáng)鋼節(jié)點(diǎn)的極限變形能力及耗能能力明顯下降;進(jìn)一步對(duì)比有限元所得各節(jié)點(diǎn)的耗能指標(biāo)可知，鋼材強(qiáng)度對(duì)節(jié)點(diǎn)的耗能能力影響較小，中節(jié)點(diǎn)試件節(jié)點(diǎn)域經(jīng)加強(qiáng)后耗能能力急劇降低，主要耗能位置發(fā)生轉(zhuǎn)移。
　　經(jīng)理論計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，我國(guó)《建筑抗震設(shè)