雙肢冷彎C型鋼節(jié)點抗震性能研究

張花花

摘 要 冷彎C型鋼節(jié)點的材料相對利用率高，其結構體系自重輕、制作安裝便捷，現(xiàn)已被廣泛應用于房屋建筑結構，在市場中的占有率呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。基于此，文章簡述了節(jié)點抗震性能的研究方案，并對節(jié)點的抗震性能進行了分析，希望能夠為冷彎C型鋼節(jié)點材料的后期使用提供依據。

關鍵詞 冷彎C型鋼 斜節(jié)點 抗震性能 試驗研究

中圖分類號：TU392.5 文獻標識碼：A

0引言

冷彎型鋼是高效截面型鋼，其具有承載力高、整體剛度大以及節(jié)省材料等優(yōu)勢，在建筑物的次要稱重構件中得到了廣泛應用，比如，檁條、墻梁、墻柱、屋面板、墻面板及樓面組合板等構件。現(xiàn)階段，冷彎型鋼主要被用于承重構件建造多層及高層建筑中，逐步形成了冷彎型鋼結構體系，而節(jié)點是冷彎型鋼結構體系的重要組成部分，也是結構傳力體系的核心構件，在建筑業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。

1斜節(jié)點抗震性能研究方案

1.1斜節(jié)點參數(shù)設計

通常情況下，斜節(jié)點的抗震性能研究主要采用低周往復荷載下的擬靜力試驗和ANSYS有限元分析相結合的方法。斜節(jié)點試件選取梁、柱反彎點之間的單元，夾角為100型鋼組成，采用8.8級M16摩擦型高強螺栓與節(jié)點板連接，形成同時傳遞剪力和彎矩的半剛性節(jié)點。C型鋼和節(jié)點板均采用Q235鋼，接觸面清除浮銹。在節(jié)點試件尺寸設計過程中，梁柱C型鋼截面相同，并遵循“強柱弱梁”的原則，一般取柱C型鋼厚度為3mm，大于梁C型鋼的厚度。根據節(jié)點域排列螺栓的間距不同，取梁長為760mm到840mm，柱長為1160mm到1240mm。試件構造及幾何尺寸如圖1所示。研究發(fā)現(xiàn)，節(jié)點板厚度可能是影響節(jié)點破壞形態(tài)的主要因素，而螺栓間距直接決定了節(jié)點域的大小，因此，在試驗試件設計時主要考慮節(jié)點板厚度和螺栓間距這兩個參數(shù)，在有限元分析過程中，擴充了梁C型鋼厚度和腹板高度兩個參數(shù)。

1.2斜節(jié)點抗震試驗方案

為了防止試件非加載端出現(xiàn)平面內的轉角或位移，在該位置采用限位梁、壓梁和混凝土墊塊來進行約束。水平荷載的施加采用30t油壓千斤頂，利用荷載傳感器控制加載數(shù)值。千斤頂兩端與反力墻和試件加載鉸采用鉸接構造。在加載端設置了兩根水平限位軌道梁，使試件只能在平面內受荷，限位梁與試件之間留出5mm的間隙。斜節(jié)點擬靜力試驗采用屈服前力加載，屈服后位移加載的混合分級加載控制，力加載每級3kN，循環(huán)2次；位移加載步長按照估算的屈服位移進行確定，循環(huán)3次。

2節(jié)點抗震性能分析

2.1破壞形態(tài)分析

通過試驗和有限元分析發(fā)現(xiàn)，所有節(jié)點的破壞形態(tài)主要有節(jié)點板彎扭屈曲和梁C型鋼彎曲屈曲兩種形態(tài)。分析可知，所有節(jié)點板厚度為4mm的節(jié)點和2個節(jié)點板厚度為6mm且C型鋼較厚或較高的節(jié)點發(fā)生節(jié)點板彎扭屈曲破壞，說明節(jié)點板厚度是影響節(jié)點破壞形態(tài)的主要因素。以試件T-2和M-2為例，對節(jié)點的破壞現(xiàn)象進行分析。試件T-2發(fā)生節(jié)點板彎扭屈曲破壞。加載初期，T-2各部位并無明顯的變形，當加載到一定荷載時，C型鋼在靠近節(jié)點板邊緣處截面有測點屈服，函數(shù)記錄儀所繪制的曲線出現(xiàn)第一個拐點；荷載值不斷增加的情況下，節(jié)點板受壓區(qū)中部發(fā)生鼓曲，出現(xiàn)較大的彎扭變形，荷載開始下降，節(jié)點板和C型鋼在最外排螺栓處的測點均已屈服。

2.2抗震性能指標分析

通過分析可知：所有節(jié)點剛度退化規(guī)律基本類似，初期曲線基本為直線型，節(jié)點域轉角變形較小，是可恢復的彈性變形，此時剛度退化不明顯；中期接近極限荷載前，曲線不再為直線，節(jié)點域轉角變形漸漸增大，屬于部分可恢復的彈塑性變形，這種情況下剛度得到明顯的退化，且退化速度較快；后期塑性變形逐漸積累，達到破壞荷載時，節(jié)點剛度退化又慢慢趨于平緩，最終退化為初始剛度的10%左右。各因素對節(jié)點剛度退化影響程度有很大區(qū)別，在剛度退化較明顯的階段，發(fā)生節(jié)點板彎扭屈曲的節(jié)點曲線出現(xiàn)了明顯的轉折，呈現(xiàn)出嚴重的剛度退化。

3結束語

綜上所述，破壞形態(tài)對斜節(jié)點的抗震性能影響很大，而節(jié)點板厚度的取值決定了斜節(jié)點的破壞形態(tài)。發(fā)生節(jié)點板彎扭屈曲破壞的節(jié)點的各項抗震指標都明顯低于發(fā)生梁C型鋼彎曲屈曲破壞的節(jié)點，最大的差別將近2倍，剛度等退化情況也比較嚴重。同時，設計的參數(shù)中腹板高度、梁C型鋼厚度和螺栓間距對節(jié)點的抗震性能有較大的影響。

參考文獻

[1] 陳明，李夢祺，馬曉飛，孫芳芳.雙肢冷彎C型鋼斜節(jié)點抗震性能研究[J].工程力學，2015，32（03）：192-202.

[2] 陳明，孫芳芳.雙肢冷彎C型鋼門式剛架節(jié)點抗震性能研究[J].工程抗震與加固改造，2015，37（02）：83-89+82.