【正文】 外文資料翻譯譯文 彎鋼框架結(jié)點(diǎn)在變化軸向 荷載和側(cè)向位移的作用下的周期性行為 摘要 :這篇論文討論的是在變化的軸向荷載和側(cè)向位移的作用下，接受測試的四種受彎鋼結(jié)點(diǎn)的周期性行為。梁的試樣由變截面梁，翼緣以及縱向的加勁肋組成。受測試樣加載軸向荷載和側(cè)向位移用以模擬側(cè)向荷載對組合梁抗彎系統(tǒng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明試樣在旋轉(zhuǎn)角度超過 弧度后經(jīng)歷了從塑性到延性的變化。縱向加勁肋的存在幫助傳遞軸向荷載以及延緩腹板的局部彎曲。 引言 為了評 價變截面梁（ RBS）結(jié)點(diǎn)在軸向荷載和側(cè)向位移下的結(jié)構(gòu)性能，對四個全尺寸的樣品進(jìn)行了測試。這些測試打算評價為舊金山展覽中心擴(kuò)建設(shè)計(jì)的受彎結(jié)點(diǎn)在滿足設(shè)計(jì)基本地震等級（ DBE）和最大可能地震等級（ MCE）下的性能?；谏鲜龆龅膶?RBS 受彎結(jié)點(diǎn)的研究指出 RBS 形式的結(jié)點(diǎn)能夠獲得超過 弧度的旋轉(zhuǎn)角度。然而，有人對于這些結(jié)點(diǎn)在軸向和側(cè)向荷載作用下的抗震性能質(zhì)量提出了懷疑。 舊金山展覽中心擴(kuò)建工程是一個 3 層構(gòu)造，并以鋼受彎框架作為基本的側(cè)向力抵抗系統(tǒng)。 是一幅三維透視圖。建筑的總標(biāo)高為展覽廳屋頂?shù)淖?高點(diǎn)，大致是 （ 116ft）。展覽廳天花板的高度是 （ 27ft），層高為 （ ）。建筑物按照 1997 統(tǒng)一建筑規(guī)范設(shè)計(jì)。 框架系統(tǒng)由以下幾部分組成：四個東西走向的受彎框架，每個電梯塔邊各一個；四個南北走向的受彎框架，在每個樓梯和電梯井各一個的；整體分布在建筑物的東西兩側(cè)?？紤]到層高的影響，提出了雙梁抗彎框架系統(tǒng)的觀念。 通過連接大梁， 受彎框架系統(tǒng)的抵抗荷載的行為轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)傾覆力矩部分地被梁系統(tǒng)的軸向壓縮 拉伸分擔(dān)，而不是僅僅通過梁的彎曲。結(jié)果，達(dá)到了一個剛性側(cè)向荷載抵抗 系統(tǒng)。豎向部分與梁以聯(lián)結(jié)桿的形式連接。聯(lián)結(jié)桿在結(jié)構(gòu)中模擬偏心剛性構(gòu)架并起到與其相同的作用。通常地聯(lián)結(jié)桿都很短，并有很大的剪彎比。 在地震類荷載的作用下， CGMRFS 梁的最終彎矩將考慮到可變軸向力的影響。梁中的軸向力是切向力連續(xù)積累的結(jié)果。 2． CGMRF 的解析模型 非線性靜力推出器模型是以典型的單間 CGMRF 模板為指導(dǎo)。圖 2 展示了模型的尺寸規(guī)格和多個部分。翼緣板尺寸為 254mm（ 1 1/8in 10in），腹板尺寸為 476mm（ 3/8in 18 3/4in）。推進(jìn)器模型中 運(yùn)用了 SAP 2020 計(jì)算機(jī)程序?？蚣艿奶厣侨s束（ FR）。 FR受彎框架是一種由結(jié)點(diǎn)應(yīng)變引起的撓度不超過側(cè)向撓度的 5%的框架。這個 5%僅與梁 柱應(yīng)變有關(guān)，而與柱底板區(qū)應(yīng)變引起的框架應(yīng)變無關(guān)。 模型通過屈服應(yīng)力和匹配強(qiáng)度的期望值來運(yùn)行。這些值各自為 372Mpa（ 54ksi）和518Mpa（ 75ksi）。 顯示了塑性鉸的荷載 應(yīng)變行為是通過建筑物地震恢復(fù)的NEHRP 指標(biāo)以廣義曲線的形式逼近的。 y 以 和 ，如下： PM鉸合線荷載 應(yīng)變模型上的點(diǎn) C， D 和 E 的取值如表 y 以 為幅度取值見表 。切變鉸合線荷載 應(yīng)變模型點(diǎn) C， D 和 E 取值見表 。對于連續(xù)梁，假定兩個模型點(diǎn) B和 C之間的形變硬化比有 3%的彈性比。 定性的給出了側(cè)向荷載下的 CGMRF 中的彎矩，切應(yīng)力和正應(yīng)力的分布。其中切應(yīng)力和正應(yīng)力對梁的影響要小于彎矩的作用，盡管他們必須在設(shè)計(jì)中加以考慮。內(nèi)力分布圖解見 ，可見，彈性范圍和非彈性范圍的內(nèi)力行為基本相同。內(nèi)力的比值將隨框架的屈服和內(nèi)力的重分布的變化而變化?；緝?nèi)力圖見 ，然而，仍然是一樣的。 非靜力推進(jìn)器模型的運(yùn)行通 過柱子頂部的側(cè)向位移的單調(diào)增加來實(shí)現(xiàn)，如 所示。在四個 RBS 同時屈服后，發(fā)生在腹板與翼緣端部的豎向的統(tǒng)一屈服將開始形成。這是框架的屈服中心，在柱子被固定后將在柱底部形成塑性鉸。 給出了基本切應(yīng)力偏移角。圖中還給出了框架中非彈性活動的次序。對于一個彈性組成，推進(jìn)器將有一個特有的很長的過渡（同時形成塑性鉸）和一個很短的屈服平穩(wěn)階段。 塑性旋轉(zhuǎn)能力， 被定義為：結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度從開始遞減到低于 80%的總的塑性旋轉(zhuǎn)角。這個定義不同于第 9段（附錄） AISC 地震條款的描述。使用 Eq 源于 RBS 塑性旋轉(zhuǎn)能力被定在 弧度。被 替代， 用來計(jì)算理論屈服強(qiáng)度與實(shí)際屈服強(qiáng)度的區(qū)別（標(biāo)號是 50鋼） 。 3．實(shí)踐規(guī)劃 如圖 6 所示，實(shí)驗(yàn)布置是為了研究基于典型的 CGMRF 結(jié)構(gòu)下的結(jié)點(diǎn)在動力學(xué)中的能量耗散。用圖中所給的塑性位移，塑性轉(zhuǎn)角，塑性偏移角，由幾何結(jié)構(gòu)，有如下：這里的 δ 和 γ 包括了彈性組合。上述近似值用于大型的非彈性梁的變形破壞。圖6a表明用圖 6b 所示的位移控制下的替代組合能夠表示 CGMRF結(jié)構(gòu)中的典型梁的非彈性行為。 圖 8 所示，建立這個實(shí)驗(yàn)裝置來發(fā)展圖 6a 和圖 6b 所示的機(jī)構(gòu)學(xué)。軸心裝置附以 3個 2438mm1219mm 1219mm （ 8ft4ft4ft ） RC 塊。并用 24 個 32mm 徑的桿與實(shí)驗(yàn)室的地板固定。這種裝置允許在每次測驗(yàn)后換實(shí)驗(yàn)樣品。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)布置的動力學(xué)要求，隨著側(cè)面的元件放置，軸向的元件，元件 1和元件 2，將釘?shù)?B 和 C中去， 如圖 8 所示。因此，軸向元件提供的軸向力 P可以被分解為相互正交的力的組合， 和 ，由于軸向力的傾斜角度不超過 ，因此 近似等于 P。然而，側(cè)向力分量， ，引起了一個在梁柱交接處的附加彎矩。如果軸向元件壓試樣的話，那么 將會加到側(cè)向力中，若軸向是拉力，對于側(cè)向元件來說則是個反向力。當(dāng)軸向元件有個 側(cè)向位移 ，他們將在梁柱交接處引起一個附加彎矩，因此，梁柱交接處的彎矩等于： M=HL+P 其中 H是側(cè)向力， L 是力臂， P是軸向力， 是側(cè)向位移。 四個梁柱結(jié)點(diǎn)全尺寸實(shí)驗(yàn)做完了。拉伸試樣檢測的結(jié)果和構(gòu)件尺寸見表 2。所有柱和梁的鋼筋為 A572 標(biāo)號 50 鋼（ =）。經(jīng)測定的梁翼緣屈服應(yīng)力值等于372Mpa（ 54ksi），整體的強(qiáng)度范圍是從 502Mpa（ ）到 543Mpa（ ）。 表 3 列出了各個試樣的全截面和 RBS 中間變截面處的塑性彎矩值（受拉應(yīng)力下的數(shù)據(jù)）。 本文所指的試樣專指試樣 1到 4。被檢試樣細(xì)部圖見圖 9 到圖 12。在設(shè)計(jì)梁柱結(jié)點(diǎn)時用到了以下數(shù)據(jù)： 梁翼緣部分采用 RBS 結(jié)構(gòu)。配備環(huán)形掏槽，如圖 11 和圖 12所示。對于所有的試樣，切除 30%翼緣寬度。切除工作做的十分精細(xì)，并打磨光滑且與梁翼緣保持平行以盡量見效切口。 應(yīng)用全焊接腹板結(jié)點(diǎn)。梁腹板與柱翼緣之間的結(jié)點(diǎn)采用全焊縫焊接（ CJP）。所有 CJP焊接嚴(yán)格依照 AWS 結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范。 采用雙側(cè)板加 CJP 形式連接梁翼緣的頂部和底部和柱表面到變截面開始處，如圖 11 和圖 12。側(cè)板尾部打磨光滑以便同 RBS 連接。側(cè) 板采用 CJP 形式與柱邊緣相連接。側(cè)板的作用是增加受彎單元的承受能力，平穩(wěn)過渡是為了減少應(yīng)力集中而導(dǎo)致的破裂。 兩根縱向的加勁肋， 95mm35mm （ 3 3/4in 1 3/8 in ），以 的角焊縫焊接到腹板的中間高度，如圖 9和 10。加勁肋采用 CJP 的形式焊接到柱的邊緣。切除梁翼緣頂部和低部的坡口焊縫處的多余焊接部分。以便消除坡口焊接斷口處可能產(chǎn)生的斷裂。除去翼緣低部的襯墊板條。以便消除襯墊板條帶來的斷口效應(yīng)并增加安全性。使用與梁翼緣厚度近似相同的連續(xù)板。所有試樣板厚均為一英寸。由于 RBS是受檢試樣最容易區(qū)分的特征，縱向的加勁肋在延緩局部彎曲和提高結(jié)點(diǎn)可靠性方面扮演著重要的角色。 4．荷載歷史 試樣被加以周期性交替的荷載，其末端的位移 △ y 的增加如圖 4 所示。梁的末端位移受伺服控制裝置 3 和 4 的影響。當(dāng)作用軸向力時，制動器 1 和 2 是活動的，以此用它的受力來模擬從連接處傳到梁上的剪力。可變的軸向荷載在 +△ y 處增加到2800KN。在那以后，通過最大的側(cè)向位移，這個荷載保持恒定。在試樣被推回時，軸向力維持恒定直至 △ y，然后減小到零，此時的試樣通過中和軸。根據(jù)本文第2 部分有關(guān)軸向力受以上約束 的論述，可以推斷出以 P=2800KN 來研究 RBS 負(fù)載是合理的。測試將會繼續(xù)，直至試樣損壞，或者到實(shí)驗(yàn)預(yù)期的限制。 每個試樣的滯后反應(yīng)見圖 13和圖 16。這些圖表顯示了梁彎矩相對的的塑性旋度。梁的彎矩在 RBS 試樣的中間測量，并通過取一個等價的梁端力乘以制動器側(cè)向中心線到 RBS 中間的距離來計(jì)算。（試樣 1 和 2 為 1792mm，試樣 3 和 4為 23972mm）。用來計(jì)算附加彎矩的等價側(cè)向力由于 P△ 。旋轉(zhuǎn)角是這樣定義的，用制動器的側(cè)向位移除以制動器側(cè)向中心線到 RBS中間的距離。塑性旋度計(jì)算如下： 其中 V 是 剪力， K 是彈性在范圍內(nèi) 的比。在測試期間的測量和觀察表明，試樣 1 和4的所有塑性旋度均在梁的內(nèi)部發(fā)展。板的連接區(qū)域和柱子保持彈性，如設(shè)計(jì)預(yù)期的一樣。 表 5 列出了每個試樣在測試最后的塑性旋度。塑性旋度合格性能的目標(biāo)級被定在177。 ，依 AISC 鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震條例而定。所有試樣均達(dá)到了合格的性能標(biāo)準(zhǔn)。所有試樣均有良好的塑性變形和能量耗散。當(dāng)負(fù)載周期為 177。1 △ y時，底部首先屈服，然后隨著負(fù)載周期逐漸擴(kuò)散增加。 試樣 1和 2 試樣 1 和 2 的變化見圖 13。在第 7 和第 8 個周期以及 1△ y，最初屈服發(fā)生在底緣處 。對于所有的受測試的試樣，最初的屈服均發(fā)生在這個部位，這是由試樣底部的彎矩引起的。隨著荷載作用的繼續(xù)，屈服開始沿著 RBS 底緣傳遞。從 △ y開始，發(fā)生腹板彎曲并且相鄰的底緣開始屈服。屈服開始沿 RBS 上邊緣傳遞，一些次要的屈服傳遞到中間的加勁肋。在 5△ y開始，軸向壓力增大到 3115KN，一個劇烈的腹板的翹曲產(chǎn)生并伴隨著局部彎曲。腹板和翼緣的局部彎曲隨著荷載的累次 加載而逐漸明顯。這里要說明的是，在滯后回線中，腹板和翼緣的局部彎曲并沒附有重要的損壞。當(dāng)作用到 △ y 時，在 RBS 的尾部和襯板連接處，試樣 1 的 底緣產(chǎn)生一個裂縫。隨著荷載周期的增加到 7△ y 時，裂縫迅速擴(kuò)大并穿過了整個底緣。一旦底緣完全斷裂，腹板將開始斷裂。這個斷裂首先在 RBS 的末端出現(xiàn)，然后沿剪切槽的凈截面?zhèn)鞑?，通過加勁肋的中間并通過另一邊的加勁肋的凈截面。在實(shí)驗(yàn)中，試樣 1 的最大作用彎矩是梁的塑性承載力的 倍。在作用到 △ y 時，試樣 2 也在底緣處出現(xiàn)一個裂縫，是在 RBS 末端與翼板的交接處。隨著荷載周期的增加，第 15△ y時，裂縫緩慢的發(fā)展穿過了底緣。試樣 2 的測試到此結(jié)束，因?yàn)橐呀?jīng)到了實(shí)驗(yàn)裝置加載的極限。 加給試樣 1和試樣 2的最大荷載是 890KN。從正的象限中看到的彎折是由于施加的變化的軸向拉力導(dǎo)致。力 位移曲線的正斜率證明了這個區(qū)域的負(fù)載容量并沒有減弱。然而，由于腹板和翼緣的局部彎曲的影響，負(fù)的區(qū)域的負(fù)載容量有輕微的削弱。試樣 1 的照片如圖 14 和圖 15。由圖 14 可以看到，底緣處發(fā)生嚴(yán)重的局部彎曲，并可以看到與底緣相連的腹板部分。彎曲沿展到整個 RBS 的長度方向。 RBS 中形成塑性膠，并伴隨著梁的腹板和翼緣的大規(guī)模的屈服。由圖 15 可見，裂縫由 RBS 的連接傳遞到了側(cè)面的翼板。在底緣的一個斷裂導(dǎo)致了試樣 1 的最終斷裂。這個斷裂導(dǎo)致梁幾乎失去承載能力。圖 15還 說明了試樣 1 產(chǎn)成了 的塑性旋度，并且在柱子表面沒有疲勞損傷。 試樣 3和試樣 4 試樣 3 和試樣 4的變化曲線如圖 16。最初的屈服發(fā)生在荷載周期第 7到第 8 周之間，底緣的重要屈服發(fā)生在 1△ y 處。隨著荷載周期的發(fā)展，屈服開始沿 RBS 的底緣傳播。在 △ y時，腹板彎曲發(fā)生并明顯伴隨著底緣的屈服。屈服開始沿著 RBS 的頂部傳播，一些次要的屈服沿著加勁肋中部傳播。在荷載周期到 △ y時，一個劇烈的腹板翹曲產(chǎn)生并伴隨著翼緣的局部彎曲。腹板和翼緣的局部彎曲隨著累次加載變得逐漸明顯。當(dāng)加載到 △ y 時， 軸向荷載增大到 3115KN，并導(dǎo)致屈服傳播到中間橫向加強(qiáng)構(gòu)件。隨著荷載周期的增加，腹板和翼緣的局部彎曲變得更加劇烈。對于 2 個試樣，受實(shí)驗(yàn)裝置的約束測試到此結(jié)束。在試樣 3 和試樣 4 中沒有破壞產(chǎn)生。然而，在將試樣 3 移動到實(shí)驗(yàn)室之外時，卻發(fā)現(xiàn)在底緣與柱子的焊接處有一個微小的裂縫。加給試樣 3和試樣 4 的最大荷載分別是 890KN 和 912KN。試樣的負(fù)載容量在實(shí)驗(yàn)后削弱了 20%，這是由腹板和翼緣的局部彎曲引起的。這個慢性的恢復(fù)在大概塑性旋度產(chǎn)生 到 后開始。如圖 17 所示，試樣 3 在正的象限中的負(fù)載容量沒有減弱（ 軸向的拉伸作用在梁上），由力 位移的包絡(luò)圖可見。圖 18 是試樣 3 的測試前的照片。圖 19 是試樣 4 在 的位移作用周期后的照片，顯示了鉸合區(qū)域的屈服和局部彎曲。梁的腹板的屈服沿著其整個深度方向。最強(qiáng)的屈服發(fā)生在腹板的底部，底緣和中間加勁肋之間。腹板的頂部也發(fā)生了屈服，雖然其劇烈程度不如底部?？v向的加勁肋也發(fā)生了屈服。柱子的連接板部分沒有發(fā)生屈服。在接近柱子表面的梁的未經(jīng)削弱的部分也沒有顯示發(fā)生屈服。最大位移是 174mm，最大彎矩發(fā)生在RBS中部，為梁的塑性彎矩值的 倍。塑性鉸的旋度達(dá)到了 （鉸接點(diǎn)設(shè)置在距離柱子表面 處，其中 d是梁的長度）。 結(jié)點(diǎn)處的應(yīng)變分布 試樣 3 的外表