結構損傷對T型圓鋼管環口板加固的影響

張寶峰 劉 凱 張登凱 申傳瑞 趙 暉

(1.山東科技大學，山東 青島 266590； 2.臨沂市規劃建筑設計研究院，山東 臨沂 276000)

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結構損傷對T型圓鋼管環口板加固的影響

張寶峰1劉 凱1張登凱2申傳瑞1趙 暉2

(1.山東科技大學，山東 青島 266590； 2.臨沂市規劃建筑設計研究院，山東 臨沂 276000)

制作了5個T型圓鋼管節點構件，對各個構件進行了靜力荷載試驗，分析了結構損傷對T型圓鋼管環口板加固的影響，結果表明：環口板尺寸越大，受到的結構損傷影響越明顯。

圓鋼管，環口板加固法，靜力荷載，承載力

0 引言

圓鋼管結構由于其輕質壁薄，經濟美觀，方便安裝等優點廣泛應用于體育場、火車站、海洋平臺等結構中。其組成通長是將一個管徑較大的管通長，將一個或幾個管徑較小的管通過坡口融透焊的形式焊接在主管上。其中管徑較大的管稱為主管，管徑較小的管稱為支管。由于管節點支管處的軸向剛度大于主管處的徑向剛度，因此關節點的破壞通常是主支管相交處以焊趾為輪廓線的主管凹陷變形。

為了增強管節點的性能，常常用增強節點主管的徑向剛度的方式來增強承載力，增強方法主要包括環口板加固[1-3]、內置加勁環加固[4-7]、內置插板加固[8,9]、主管局部加厚加固[10]和墊板加固[11-13]等幾種形式。在這些方法中環口板加固法是唯一既可以在設計期間就進行加固又可以對服役期的結構進行加固的加固方式，因此得到了廣泛應用和深入研究。

目前環口板加固法主要研究方向在于其靜承載力和滯回性能。而對于損傷對加固的影響較少，因此本文對5個構件進行靜承載力試驗，研究構件的損傷對環口板加固效果的影響。

1 試驗設置

1.1 構件制作和編號

本次試驗使用5個T型圓鋼管節點構件，其中有一個構件不進行加固作為對比構件，兩個構件分別用不同尺寸的環口板進行加固后再施加荷載，觀察其極限承載力，剩下兩個構件先進行相同程度的損傷后，再分別焊接兩個尺寸的環口板并施加荷載，觀察其極限承載力。分析環口板加固構件因損傷而少提高的承載力值。

主支管通過坡口熔透焊焊接在一起，焊接前在構件支管處打坡口，然后再焊接在一起。

環口板使用角焊縫和主管與支管焊接在一起，構件的尺寸如圖1所示。同時為了保證焊縫的質量，也為了保證實驗數據的準確性，對T型節點相關處的坡口熔透焊使用超聲波技術進行檢測，確定沒有焊接缺陷后再進行試驗。

構件的尺寸和編號如表1所示。

表1 構件尺寸表 mm

同時為了保證試驗數據的準確性，對試驗構件進行了材料性能試驗，測試方法依據國家標準GB/T 228—2002金屬材料室溫拉伸試驗方法的有關規定進行，對構件主管、支管、環口板各做三個材料性能試驗構件進行測量，結果取平均值。所得結果如表2所示。

表2 構件材料性能表

1.2 試驗設備及裝置

本次試驗在山東科技大學防震減災實驗室進行，加載裝置使用50 t位級FCS液壓伺服器。本機器可以通過位移控制和荷載控制兩種方式進行加載，位移控制的最大變動量是±250 mm，荷載控制最大可以加到50 t。

本次試驗的采集儀統一使用東華TH-5922型采集儀。把荷載傳感器、位移計、應變片通過橋盒了解到采集儀上，各靈敏度由廠家提供，如圖2所示。

經過近6年來的《內經》教學模式探索，筆者發現，教師單純依靠說教和精彩的課堂展示已經不能從根本上提高學生學習經典的興趣，按照“誦讀-研習-實踐”三步曲的連貫性教學法，有效的將形成性評價融入其中才能夠真正調動起學生的主觀能動性，本文將近五年利用這種教學法在《內經》教學中的實踐進行一個總結，以供參考。

試驗過程中，把圓鋼管構件通過螺栓固定在固定板上，再把固定板通過螺栓固定在固定支座上。固定板和試驗過程的圖如圖3,圖4所示。

1.3 加載制度

本次試驗使用位移和荷載控制兩種加載方式。對于未加固構件1號和直接加固構件2號，4號，先使用荷載控制，觀察試驗曲線，進入塑性后改用位移控制，施加軸向壓力，直至試驗結束。荷載控制的加載力度為30 kN/min，位移控制的力度7 mm/min。

對于損傷后加固構件3號,5號，首先使用位移控制把構件壓到極限位移Δu(通過構件1號的曲線可以得知)的1.4倍，即1.4Δu。拿下來加固后再同構件2號，4號一樣通過荷載控制和位移控制兩種方式壓壞。

2 試驗過程及分析

2.1 試驗過程及現象

為了觀察試驗中構件的變形，提前在構件上打好了黑色網格。圖5是構件1號在軸向荷載下的破壞模式，從圖中可以看出，未加固構件1號的破壞主要發生在主支管相貫處的焊趾位置，是以焊趾為輪廓線的凹陷變形，這是因為T型圓鋼管節點構件的支管軸向剛度遠遠大于主管的徑向剛度，因此破壞是主管徑向向里凹陷的破壞。

圖7分別是構件3號，5號在損傷后焊接環口板后的破壞模式。之前打的格子因焊接環口板而變黑，但是依舊可以觀察到，構件在損傷階段產生的塑性變形依然存在，在主支管相交處可以看到明顯的凹陷，但是在環口板與主管相交處依然存在明顯的凹陷變形，說明環口板仍然起到加固作用，增加了主管的徑向剛度，破壞向徑向剛度較弱的環口板與主管相交處轉移。

2.2 數據對比分析

通過采集儀測得的數據畫出每個構件的荷載位移曲線。把各構件荷載的最大值作為極限荷載，對應的位移作為極限位移。

圖8a)是構件1號，2號，4號的荷載位移曲線，1號的極限承載力為168.00 kN，使用141 mm環口板加固后的極限承載力為207.25 kN，增加了23.36%，加固效果明顯。184 mm環口板加固后極限承載力為229.75 kN，增加了36.76%，說明環口板尺寸越大加固效果越明顯。

圖8b)是構件1號～3號的荷載位移曲線，可以發現損傷后加固構件3號的承載力依然得到了提高，達到了190.23 kN，相比于未加固構件1號已經提高了13.23%，相比于未損傷同尺寸環口板加固構件2號，少提高了10.13%的承載力。

圖8c)是構件1號，4號，5號的荷載位移曲線，損傷后加固構件4號的承載力依然得到了提高，達到了209.60 kN，相比于未加固構件1號已經提高了24.76%，相對未損傷同尺寸環口板加固構件5號少提高了12.00%。

可見構件在損傷后進行環口板加固，構件的極限承載力依然可以得到提高。這說明環口板加固法適用于服役期間的結構。同樣程度的損傷對不同尺寸環口板加固效果的影響不同，對于141 mm的環口板，損傷加固構件相對于直接加固構件少提高了10.13%的承載力，而對于184 mm的環口板，則少提高了12.00%。

3 試驗結論

通過5個T型圓鋼管構件在靜力荷載作用下的試驗，可以得到以下結論：1)環口板加固法可以有效的提高節點的極限承載力，且環口板尺寸越大，加固效果越好;2)構件受損后，環口板依然可以提高節點的極限承載力，但是較直接加固構件提高較少;3)同等程度的損傷對不同尺寸環口板加固效果的影響不同，環口板尺寸越大受損傷影響越明顯。

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Impact of structural damage upon T-style circular steel-tube collar-plate reinforcement

Zhang Baofeng1Liu Kai1Zhang Dengkai2Shen Chuanrui1Zhao Hui2

(1.ShandongUniversityofScience&Technology，Qingdao266590,China;2.LinyiAcademyofPlanningBuildingDesign,Linyi276000,China)

The thesis makes 5 T-style circular steel-tube joint components, carries out static load test for various components, and analyzes the impact structural damage upon T-style circular steel-tube collar-plate. Results show that: as the collar-plate size increasing, the structural damage impact will be more obvious.

circular steel-tube, collar-plate reinforcement method, static load, bearing capacity

1009-6825(2017)10-0044-03

2017-01-20

張寶峰(1990- )，男，在讀碩士； 劉 凱(1988- )，男，在讀碩士； 張登凱(1989- )，男，助理工程師； 申傳瑞(1991- )，男，在讀碩士； 趙 暉(1989- )，男，助理工程師

TU318

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