H形钢梁与钢管柱隔板贯通式连接节点抗震性能试验

图 1 试件及加载方式示意图
试件设计时, 所有 钢材 都采 用 Q345B。从 实测 数据 看, 隔板的实际屈服强度低于梁、柱钢材的实际屈服点。
2. 2 试验设备
水平加载使用电液伺服试验加 载器。竖向加 载使用 油压千斤顶, 千斤顶与反力架之间设 置滚轮, 以跟 随柱顶 水平移动。数据采集使用 3817 数据采集仪。
试件一览表隔板厚度隔板外挑长度柱轴压力及试件编号钢种柱截面尺寸粱截面尺寸mmmm轴压比r25a25or25b热轧方钢管250x825800knr606o033rth焊接箱形柱250x8焊接h形粱内隔板q345b10c25a300x1505x725oc25b25热轧圆钢管245x86l5knc6o60033cth内隔板期h形钢粱与钢管柱隔板贯通式连接节点抗震性能试验25iv梁聂钢材材性一览表设计扳厚实测板厚下屈服强度极限强度弹性模量伸长率强屈比钢种mmmmmpampae10mpan5粱腹板5903495142183o1477梁翼缘74238357o212281498焊接箱形柱7583635422113o149q345b8方钢管756453538216261198圆钢管8323785732o23o15210柱隔板9593244871833315023加载制度竖向荷载n首先加至设计值
收稿日期: 2005- 08- 01; 收到修改稿日 期: 2005- 09- 22 作者简介:
陈以一( 1955- ) , 男, 博士 , 教授, 主 要研究领域: 钢结构稳定和抗震; 轻型钢结构构件及体系; 钢结 构连接及节点性能。 E- mail: yiyichen@ mail. tongji. edu. cn。
2 试验方案
试验基本思 路: 以 平面 十 字节 点 作 为研 究 对 象 ( 图 1) , 柱底和梁端分别以不动铰 和移动铰约 束, 在柱顶 施加 恒定竖向荷载的同时 施加 低周 反复 水平 荷载, 以模 拟节 点在地震中的受力情况。
2. 1 试件
本试验共设计 8 个 试件, 详见表 1, 钢板厚 度和 材性 的实测值详见表 2。表 1 中 轴压 比指轴 压力与 柱全 截面 面积( 按设计 尺寸 计 算) 和 钢材 抗 拉强 度 设计 值 乘积 之 比, 隔板 外 挑 长 度 指 隔 板 伸 出 柱 边以 外 长 度。 除 试 件 Rt h, Ct h 为柱贯通式的试件以用于对比外, 其余均为隔
Abstract: Ex perim ental research w as perform ed on the hyster etic behavior of beam- column joint w ith crossing diaphragm. T he factors taken into account in the test include the steel circular and rectangular tubes, crossing diaphragm and inner diaphr agm , the sizes of protr usion of the diaphragm, and the vertical load on column. The details of the joints with cr ossing diaphragm ar e discussed. It is shown by exper iments that this kind of joint meets the requirem ents specified by curr ent seism ic design codes.
实测板厚 / mm
5. 90 7. 42 7. 58 7. 56 8. 32 9. 59
图 2 试件节点部位示意图
表 2 钢材材性一览表
下屈服强度 f y/ MPa
极限强度 f u/ M Pa
弹性模量 E/ ( 105 M Pa)
34 9
5 14
2. 18
38 3
5 70
2. 12
36 3
5 42
2. 11
摘 要: 针对隔板贯通式柱梁连接节点进行 了滞回性能试验。试验考察参 数有: 方钢管与 圆钢管、隔板贯通 形式与内
隔板形式、隔板挑出长度、柱上有无轴力等, 并对隔板贯通 式节点的构 造进行了 探讨。研究表明, 这类 节点可
以满足现行抗震设计规范的相关要 求。
关键词: 钢框架; 隔板贯通式节点; 试验研究; 滞回性能; 连接 构造
对 H 形梁与 H 形柱的连接, 柱贯通式无 疑是合理的 连接形式, 且易于实现。对 H 形梁与闭合截面柱的连接, 若采用柱贯通式, 对四块钢板焊接而 成的箱形 柱, 设置内 隔板是可行的, 但有 时须 采用 制作成 本较 高的 熔嘴 电渣 焊; 对于热轧或冷成形的圆管或方管 柱, 当钢管内 部空间 不够容纳焊工在其 中操 作时, 柱内水 平隔 板焊 接时 必须 在隔板附近处将柱断开( 参见后文图 2b) , 因此, 不能保证 完全意义上的柱 贯通。 采用外 环板 式的 连接, 是保 持柱 贯通条件下对内隔 板形 式的一 种替 代方 法, 但 梁下 翼缘
试件编号
R2 5a R2 5b R60 Rth C2 5a C 25 b C6 0 Cth
钢种 Q3 45 B
表 1 试件一览表
柱截面尺寸
梁截面尺寸
热轧方钢管 250 8
焊接箱形柱 250 8 热轧圆钢管 245 8
焊接 H 形梁 300 150 5 7
隔板厚度 / mm
10
隔板外挑长度 柱轴压力及
工程实例中, 采 用梁 贯通 式的 较少。国 外低 层住 宅 中, 为门窗灵活布 置, 有 将 H 形 钢构 件 采用 梁贯 通式 的 实例, 用于日 本这 样 的强 震 多发 国 家, 且已 成 为定 型 产
品。柱贯通式是我国现行规范[ 1, 2] 推荐 使用的 连接形式, 而隔板贯通式在我国规范中还未被提到。
Keywords: steel frame; joint w ith cr ossing diaphragm ; ex perim ental research; hy steretic perform ance; detailing of connection
1 引言
钢框架中, 梁与柱 的刚 性连 接形 式可 以分 为柱 贯通 式、梁贯通式和隔板 贯通 式三 种。柱 贯通 指在 节点 处保 持柱构件连续; 梁贯通指在节 点处保持梁 构件连续; 隔板 贯通主要用于 H 形梁与 钢管柱的连 接中, 传递梁 翼缘内 力的隔板穿过整个柱 截面, 柱身 通过 焊接 于隔 板保 持连 续, 梁翼缘亦焊接于隔板上, 梁腹板栓接于柱上。
CH E N Yi-y i 1, L I Gang 1 , ZH UA N G L ei 1, H UA N G M ing-x in2, L I J ie 2
( 1. Co llege of Civil Eng ineer ing, T ongji U niversity , Shang hai 200092, China; 2. Shanghai Better Steel Structur e Design Co. , L td, Shang hai 200437, China)
3 试验现象
R 系列试件: 水平加载 至 = 105mm( 层 间位 移角 1/ 29) 循环时, R25a 梁受压 翼缘略显 屈曲, 受 拉翼缘 出现 小裂纹, 其余试件无破 坏现象。至 = 140mm( 层 间位 移角 1/ 21) 循环时, R25a 梁受压翼缘 明显屈曲, 受 拉翼缘 被拉断, 试件完全破坏; R25b 梁受 拉翼缘 有小裂纹 出现; R60 梁受压翼缘略显屈曲, 受拉翼 缘边上 开裂, 外侧 节点 域钢板上边界焊 缝开 裂; Rt h 试 验过 程 中未 严格 按规 定 程序操作, 正向推 至 140mm, 再反向 拉至 120mm 后 即转 为推至 190mm, 此时梁受压翼缘略显屈曲, 受拉翼缘出现 小裂纹, 再拉 时竖 向 千斤 顶 跟动 装 置 受阻, 并 强行 拉 至 140mm, 随后出现梁 受压 翼缘 屈曲, 受拉 翼缘 被拉断, 破
割断 对结构不利的看法 比较普遍。为了 考察这种 节点 的实际抗震性能, 本文 通过 往复 加载 对隔 板贯 通式 节点 进行了试验研究。
板贯通式。R 系列为统一的热轧方钢管, Rth 因供材原因 实际采用了焊接箱形柱。试件节点部位细节见图 2, 图中 所注焊缝均为全熔透对接焊。其中梁 与隔板连接 曾考虑 采用垫板, 因试件完全在工厂制作, 实际采用 双面焊。梁 腹板上焊接孔开孔形式由上海拜特 钢结构设计有 限公司 的结构工程师确定 ( 图 2 中详 图 A) , 实际 加工 情况 与设 计要求有偏差, 不过试验过程中此部 位基本未 发生破坏, 不影响 试 验 结 果。梁 腹 板 与 柱 连 接 采 用 6 个 10. 9 级 M 20 摩擦型高强螺栓, 接触面采用喷砂( 丸) 处理, 摩擦系 数不小于 0. 5, 连接板与柱子连接采用单面角焊缝。
第8 卷第1期 2006 年2月
建筑钢结构 进展 Progres s in S teel Building S tructures
V ol. 8 No . 1 Feb. 2006
H 形钢梁与钢管柱隔板贯通式连接节点抗震性能试验
陈以一1, 李 刚1, 庄 磊1, 黄明鑫2, 李 洁2
( 1. 同济大学 土木工程学院, 上海 200092; 2. 上海拜特钢结构设计有限公司, 上海 200437)
李 刚( 1975- ) , 男, 硕士 研究生, 主要研究领域: 钢结构连接及节点性能。
24Biblioteka 建筑钢 结构进展第8卷
位置突出 的外 环 板会 受 室内 建 筑空 间 要求 的 限 制。这 样, 热轧或冷成形钢管 柱采 用隔 板贯 通式 连接 就成 为另 一种可选方案。
日本在钢管柱梁 节点 中广 泛采 用隔 板贯 通式 连接。 其原因, 除了上述制作工艺的 便利性以外, 还有易于 实现 上下层柱的厚 度变 化、截 面外 包尺 寸变 化等 优点。 日本 建筑学会编写的《钢 结构接 合部 设计 指针》[3] 、日本 建筑 中心编写的《冷成 型方 钢管 设计 施工 手册》[4] 中, 对 其构 造细节做了详细规定。在经过 对阪神地震 震害数年 研究 之后, 这类节点仍作为钢 管结构柱 梁节点 的首选形 式[5] , 已是一种相当成熟的技术。随 着我国冷成 形钢管生 产线 的陆续投产和中高层 钢框 架中 钢管 柱应 用的 普及, 隔板 贯通式节点将会逐渐 展现 其优 势, 但 国内 工程 界因 缺乏 相关经验, 对 这类 节 点的 抗 震性 能 了 解较 少, 认为 柱 子
/ mm
轴压比
25 25 60 内隔板 25 25 60 内隔板
0
80 0k N ( 0. 33)
0
61 5k N ( 0. 33)
第1期
H 形钢梁与钢管柱隔板贯通式连接节点抗震性能试验
25
钢种
设计板厚 / mm
Q3 45 B
5( 梁腹板) 7( 梁翼缘) 8( 焊接箱形柱) 8( 方钢管) 8( 圆钢管) 10( 柱隔板)
坏面大致在腹板切角根部对应翼缘 截面, 试件 完全破坏。 至 = 175mm( 层间位移角 1/ 17) 循环时, R25b、R60 均 出现梁受压翼缘屈曲, 受拉翼缘拉 断, 试件完 全破坏。所 有隔板贯通试件梁翼缘受拉破坏面 均在与隔板相 连的焊 缝上及焊接热影响区, 裂缝从翼缘边 开始, 且都有 裂缝穿 过焊缝进入隔板 的现 象。整个 试验 过程 中, 所 有试 件均 未发生柱子和节点域 钢板 破坏现 象, 除 R60 节点 域上边 界焊缝有一条破坏外, 其余试件柱与 隔板、节点域 钢板与 隔板间连接焊缝均保持完好。 C 系列试件: C25a, 当水平 加载至 = 100mm( 层 间位移 角 1/ 30 ) 循环 时, 梁 受拉 翼缘出现裂纹, 至 = 145mm( 层间位 移角 1/ 21) 循环 时, 发生梁受拉翼缘断开, 试件完全破坏。其余 C 系列试 件, 水平加载至 = 125mm( 层间位移角 1/ 24) 循环时, C60 梁受拉 翼缘出现 小裂纹, C25b、Cth 无破 坏现象。至
中图分类号: T U 352. 1; T U 318. 03
文献标识码: A
文章编号: 1671- 9379( 2006) 01- 0023- 08
Experimental Study on the Seismic Performance of Diaphragm through Type Joint Connecting H Beam and Tube Column in Steel Frame
45 3
5 38
2. 16
37 8
5 73
2. 02
32 4
4 87
1. 83
伸长率 /%
30 28 30 26 30 33
强屈比 f u/ f y
1. 47 1. 49 1. 49 1. 19 1. 52 1. 50
2. 3 加载制度
竖向荷载 N 首先加至设计值。对 R 系列试件, 水平 荷载直接采用位移 控制, 屈服前分 2~ 3 级, 每级循环 2 ~ 3 周, 屈服 后按屈服时 值的整数 倍逐级递增, 每级循 环 3 周, 至无法继续加载止; 对 C 系列试 件, C25a 屈 服前 水平荷载采用力控制, 分 3~ 4 级, 每级 循环 2~ 3 周, 屈 服后按屈服时 值的整数倍逐 级递增, 每级循 环 3 周, 至 无法继续加载止; 其余 C 系列 试件, 屈 服前同 C25a, 屈服 后为增加滞回环数, 统一按 值每 级增加 25mm 控制, 每 级循环 3 周, 至无法继续加载止。