摘要：通过钢框架顶底角钢带双腹板顶底角钢半刚性连接类型共五个原型试件在循环荷载作用下的拟静力 试验，得到了各个试件义滞回曲线及骨架曲线，从而间接得到了各类连接的抗震性能，分析了各类连接 的能量耗散机制.在试验中，还记录了梁柱连接中重点部位的应变情况、节点域的变形情况以及柱节点域加劲 板的变形情况.分析了每种类型的破坏机制及破坏原因.研究结果表明顶底角钢带双腹板顶底角钢半刚性连 接在计算此类连接的连接刚度和抗弯承载力时应考虑双腹板角钢的影响.

 

关键词顶底角钢带腹板双角钢；钢框架；半刚性连接

 

五个试件中，包括梁、柱均采用Q235热轧H 型钢，角钢采用Q235钢，所有螺栓均采用10.9 级M20摩擦型高强螺栓，焊缝采用E4311焊条焊 接.梁截面 H300 mm X 200 mm X 8 mm X 12 mm, 柱截面 H200 mm X 200 mm X 12 mm X 12 mm.五 个试件的梁柱均取自同一批的H型钢，柱也一 样.梁翼缘宽厚比^々二 8. 33，腹板高厚比h0/ 。二34.5，符合我国“钢结构设计规范”（08117-88)[1]规范要求.为了保持一致，五个试件在同一 加工厂由同一批工人来进行制作、安装.

柱节点域横向加劲板厚度与梁翼缘厚度一 致，即？ 二 12 mm，位置处在梁翼缘相应位置上.梁 加劲板厚度与梁翼缘厚度f，也为12 mm.各试 件柱翼缘都设加劲肋.

 

本试验根据“建筑抗震试验方法规程” (JGJ101-96)[2]，采用拟静力试验方案对梁柱连接 施加低周水平反复荷载作用.在梁端处施加反复 水平荷载.反复水平荷载采用分级施加，初始加载 为结构极限荷载的20 %左右，每级增加约为总荷 载的20 %，在大致接近屈服荷载后，每级增加减 少到总荷载的10 %左右.在结构达到屈服位移之 前，采用以上控制力的方法逐级加荷载，每级循环 2周，直至结构屈服.屈服位移的确定可以采用以 下两种方法:一是某一截面钢材达到所用钢材试 件事先测得的屈服应变;二是P-A曲线出现较明 显的拐点.考虑到试验的具体情况，本试验采用第 二种方法来确定结构的屈服位移.屈服后用量测 处梁的水平位移来控制试件荷载，位移步长为屈 服位移，每级也循环2周，直到位移很大或试件破 坏，

 

2试验结果

 

试验结果见表2，其中尺0为节点初始转动刚 度,M，为试验终止时的节点弯矩，化为试验终 止时节点转角，Mpb为梁截面塑性弯矩，^为试 验终止时的延性系数.滞回曲线见图3，各节点骨 架曲线见图4.

3试验结果分析

 

从滞回曲线中可以看出，JD2-1的连接初始刚 度要比JD1-1连接刚度大，原因主要是由于梁腹 板通过连接角钢与柱翼缘相连，在加载过程中，限 制了梁腹板的转动从而间接地增加了梁柱连接的 抗弯刚度.JD2-2和JD2-3的连接刚度比JD1-2的 连接刚度大，但两者差别的程度要比JD2-1和 JD1-1之间的小[3].

 

由于“骨架曲线”和一次加载的曲线相接近， 因此从骨架曲线中可以看出，五个试件除加载初 期有很小一段近似直线段外，其余呈明显非线性， 这和单向加载所得到的曲线基本一样.另外从曲 线中还可得出在加载后期随着变形（曲率或位移） 的不断加大，曲线切线的坡度不断地降低，即切线 刚度不断地减少，表现出明显的刚度蜕化（又称刚 度退化）现象.JD2-l，JD2-2和JD2-3的骨架曲线 要比JD1-1，JDl-2的骨架曲线陡，这主要是JD2-1，JD2-2和jD2-3腹板设计有连接角钢增加了连 接刚度;JD2-2和JD2-3的骨架曲线明显要比JD2-1陡，原因主要是连接角钢的刚度不同.同时骨架 曲线有波动现象，经分析判断这可能是在反复加 载过程中高强螺栓出现松弛的缘故.

 

两个连接类型的抗弯承载力明显不同，原因 主要是由于腹板处连接角钢限制了梁腹板的转动 从而提高了连接的承载力.而在常用的设计方法 中假定弯矩全部由梁翼缘连接角钢来承担，剪力 由腹板处连接承受.但从试验结果以及国内外文 献中表明腹板所承担的弯矩相当大，不应该在计 算中忽略，也就是说在计算梁柱连接节点的弯矩 承载力时必须考虑腹板处连接角钢的影响，在日 本的连接规范中已经规定了必须考虑腹板连接的 设计方法.由于顶底角钢厚度不同，腹板角钢的影 响程度也不同，当顶底角钢较小时，影响作用要 大，当顶底角钢相对较厚时，影响作用有所减小.

 

为了更清楚地分析和比较各节点的抗震性 能，需考虑结构耗能特性和结构的阻尼，它们是结 构恢复力特性的重要内容，也是衡量结构抗震性 能的重要指标.耗能的大小采用耗能耗散系数来 表示.等效粘滞阻尼比^ 二 E/(2k).根据图5所 示，某一循环的耗能系数

 

式中，Sd+aw为滞回曲线一个循环所包围的 面积，是结构一个循环所耗散的能量；S霞+ ODn

图5耗能系数£：计算示意图 为与本结构相同的线弹性体所吸收的能量.

 

对连接试件耗能系数E和等效粘滞阻尼比 的计算结果表明，连接屈服后，随着荷载增加， 耗能系数E和等效粘滞阻尼比？$也逐渐增大，说 明连接的耗能能力随着变形的增大逐渐提高从 DH3815记录仪所测出的各点应变片的应变值可 以得出，在整个加载过程中，连接附近梁上下翼缘 的应力发展较快.JD1-1中，梁端处应力只有24.42 N/mm2；JDl-2中，梁端处应力也只有32. 77 N/ mm2;JD2-l和JD2-2中，梁端处应力分别为 207.24 N/mm2 和 54.89 N/mm2.只有 JD2-3 中梁 端与柱端交点处屈服;连接处柱腹板表面的应力 JD2-1的应力发展最快，达到了 97.25 N/mm2;^ 劲肋上的应力发展很快，jD2-3的柱加劲肋处应力 最大达到290. 93 N/mm2.

 

本文通过钢框架顶底角钢、带双腹板顶底角 钢半刚性连接类型共五个原型试件在循环荷载作 用下的拟静力试验，试验结果表明：a.顶底角钢 连接的初始刚度很小，连接承载力主要与顶角钢 塑性抗弯承载力以及梁的截面刚度有关.连接所 吸收的能量主要由顶底角钢的变形来耗散.b.由 于双腹板角钢的约束，带双腹板顶底角钢连接的 初始刚度和抗弯承载力明显高于同样构造的顶底 角钢连接的初始刚度和抗弯承载力，因此计算此 类连接的连接刚度和抗弯承载力时应考虑双腹板 角钢的影响.