【導(dǎo)讀】havingalargeshear-to-momentratio.

　　

【正文】 ts Structural Design Engineers, Inc. of San Francisco financially supported the experimental program. The tests were performed in the Large Scale Structures Laboratory of the University of Nevada, Reno. The participation of Elizabeth Ware, Adrianne Dietrich and of the technical staff is gratefully acknowledged. References 受彎鋼框架結(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?？v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(píng)價(jià)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(gè)全尺寸的樣品進(jìn)行了測試。這些 測試打算評(píng)價(jià)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(jí)（ DBE）和最大可能地震等級(jí)（ 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(gè) 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)淖罡唿c(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(gè)東西走向的受彎框架，每個(gè)電梯塔邊各一個(gè)；四個(gè)南北走向的受彎框架，在每個(gè)樓梯和電梯井各一個(gè)的；整體分布在建筑物的東西兩側(cè)。考慮到層高的影響，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(gè)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(gè)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 2021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(gè) 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 ，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 。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(gè)模型點(diǎn) B和 C之間的形變硬化比有 3%的彈性 比。 用下面的公式計(jì)算彎矩與軸向荷載之間的相互關(guān)系 是期望彎矩強(qiáng)度， 是 RBS塑性模量， 是材料的屈服強(qiáng)度， P是梁中的軸向力， 是 RBS屈服力，等于 。梁的最終彎曲能力和模型的連續(xù)行見圖 1。 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(gè) RBS 同時(shí)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(dòng)的次序。對于一個(gè)彈性組成，推進(jìn)器將有一個(gè)特有的很長的過渡（同時(shí)形成塑性鉸）和一個(gè)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(gè)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 。 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(hào)是 50鋼） Table 1 梁的彎曲能力和模型的連接： 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(dòng)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：和 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(gè)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(gè) 2438mm1219mm1219mm（ 8ft4ft4ft） RC 塊。并用 24 個(gè) 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(dòng)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(gè)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(huì)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(gè)反向力。當(dāng)軸向元件有個(gè)側(cè)向位移 ，他們將在梁柱交接處引起一個(gè)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(gè)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(hào) 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(gè)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(shí)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 。 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 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(shí)，制動(dòng)器 1和 2是活動(dòng)的，以此用它的受力來模擬從連接處傳到梁上的剪力?？勺兊妮S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(gè)荷載保持恒定。在試樣被推回時(shí)，軸向力維持恒定直至 △ y，然后減小到零，此時(shí)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(huì)繼續(xù)，直至試樣損壞，或者到實(shí)驗(yàn)預(yù)期的限制。 每個(gè)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(gè)等價(jià)的梁端力乘以制動(dòng)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(jià)側(cè)向力由于 P△ 。旋轉(zhuǎn)角是這樣定義的，用制動(dòng)器的側(cè)向位移除以制動(dòng)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(gè)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(jí)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(shí)，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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)，在 RBS的尾部和襯板連接處，試樣 1的底緣產(chǎn)生一個(gè)裂縫。隨著荷載周期的增加到 7△ y時(shí)，裂縫迅速擴(kuò)大并穿過了整個(gè)底緣。一旦底緣完全斷裂，腹板將開始斷裂。這個(gè)斷裂首先在 RBS的末端出現(xiàn)，然后沿剪切槽的凈截面?zhèn)鞑ィㄟ^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 。 在作用到 △ y時(shí)，試樣 2也在底緣處出現(xiàn)一個(gè)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(shí)，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(gè)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(gè) 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(gè)斷裂導(dǎo)致了試樣 1的最終斷裂。這個(gè)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 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(shí)，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(shí)，一個(gè)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(shí)，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(gè)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(dòng)到實(shí)驗(yàn)室之外時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)在底緣與柱子的焊接處有一個(gè)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(gè)慢性的恢復(fù)在大概塑性旋度產(chǎn)生 。如圖 17所示，試樣 3在正的象限中的