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摘 要：箱型柱梁柱節點(diǎn)是一種常見(jiàn)的節點(diǎn)形式，然而在實(shí)際工程中，往往由于箱柱較型鋼柱加工工藝復雜，經(jīng)常出現質(zhì)量缺陷。本文結合鋼框架改進(jìn)型梁柱節點(diǎn)抗震性能的試驗研究，分別對實(shí)際工程中常見(jiàn)的三種缺陷型箱型柱節點(diǎn)在往復荷載下的極限承載力、滯回性能和節點(diǎn)破壞形態(tài)等進(jìn)行了試驗研究。研究表明：缺陷柱節點(diǎn)與一般節點(diǎn)相比，節點(diǎn)承載力急劇下降，整個(gè)破壞無(wú)明顯預兆，屬于脆性破壞。由此論證了構件及節點(diǎn)質(zhì)量缺陷引起的后果及規范規程規定的重要意義，為實(shí)際工程提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：鋼框架缺陷型箱型柱；梁柱節點(diǎn)；抗震性能

1.引言

在實(shí)際工程中，鋼框架箱型柱梁柱節點(diǎn)，由于加工和施工的原因，箱型柱常常會(huì )出現一些缺陷，以至于影響到其節點(diǎn)的受力性能?！督ㄖO計抗震規范》(GB50011-2010)中相關(guān)規定如下：梁與柱剛性連接時(shí)，柱在梁翼緣上下各500mm的范圍內，箱形柱壁板間及與梁對應位置設置的隔板的連接焊縫應采用全熔透坡口焊縫 (8.3.4和8.3.5條)，箱形柱在梁翼緣相應位置應設置隔板，隔板的厚度不應小于梁翼緣的厚度，強度與梁翼緣相同(8.3.4條)。本文結合鋼框架改進(jìn)型梁柱節點(diǎn)抗震性能的試驗研究，分別設計三組缺陷箱型柱節點(diǎn)：A. 梁翼緣上下500mm范圍柱壁板間全熔透焊、加腋處未沒(méi)設加勁肋、隔板只有三面焊；B.隔板與翼緣沒(méi)有對齊；C.隔板的厚度小于翼緣的厚度。對其在往復荷載下的極限承載力、滯回性能和節點(diǎn)破壞形態(tài)等做了試驗研究，以此論證構件及節點(diǎn)質(zhì)量缺陷引起的后果及規范規程規定的重要意義，為實(shí)際工程提供借鑒和參考。

2.試驗構件設計

表1 構件尺寸及箱柱缺陷

3.試驗結果及分析

3.1 SP1-1和SP1-2節點(diǎn)對比分析

3.1.1試驗現象及最終破壞形態(tài)

SP1-2試驗過(guò)程當中并未出現明顯的彈性受力階段和彈塑性受力階段，層間位移角到達0.01rad時(shí)，正向加載出現承載力不再上升的現象，但反向加載承載力持續上升；層間位移角加載到0.015rad，反向加載到最大位移時(shí)，突然出現巨大聲響，承載力突降，梁下翼緣焊縫開(kāi)裂；層間位移角到達0.02rad時(shí)，梁下翼緣焊縫開(kāi)裂明顯，梁下加腋處焊縫也出現開(kāi)裂（如圖1（a）），當層間位移角加載到0.04rad時(shí)，與梁連接一側的柱面被拉開(kāi)。隨著(zhù)層間位移角的增加，梁柱焊縫的破壞程度越加嚴重，層間位移角加載到0.05rad時(shí)，試驗停止。整個(gè)試驗當中梁并未出現任何屈曲變形現象，與梁連接一層柱面撕裂嚴重。柱破壞形態(tài)如圖1(b)，節點(diǎn)SP1-1的最終破壞形態(tài)與構造基本相同的節點(diǎn)SP1-2的破壞形態(tài)對比圖如圖2所示。

由兩個(gè)節點(diǎn)的最終破壞形態(tài)對比可知，SP1-2節點(diǎn)雖然也進(jìn)行了擴翼-狗骨的改進(jìn)措施，但加載過(guò)程中梁并未出現塑性鉸，節點(diǎn)完全沒(méi)有到達任何的耗能目的，破壞時(shí)柱與梁連接一側柱面破壞，節點(diǎn)承載力非常低。而SP1-1節點(diǎn)通過(guò)梁端的改進(jìn)，達到了塑性鉸外移的目的，節點(diǎn)耗能能力強，承載能力高。

           SP1-2節點(diǎn)                        SP1-1節點(diǎn)

圖1 SP1-2試驗現象

圖2 柱破壞形態(tài)對比圖

3.1.2滯回曲線(xiàn)及骨架曲線(xiàn)對比

(a) SP1-2節點(diǎn)

(b) SP1-1節點(diǎn)

圖3節點(diǎn)滯回曲線(xiàn)

由圖3兩個(gè)節點(diǎn)的滯回曲線(xiàn)對比可以看出，SP1-2節點(diǎn)并未出現彈塑性受力階段，當層間位移角加載到0.015rad時(shí)，梁下翼緣焊縫開(kāi)裂，節點(diǎn)喪失承載能力，在此后的加載過(guò)程中，節點(diǎn)承載力不再上升，且持續下降。整個(gè)破壞屬于脆性破壞，無(wú)明顯預兆。而SP1-1節點(diǎn)的滯回曲線(xiàn)圓潤飽滿(mǎn)，耗能能力強，破壞形式屬于延性破壞。

(a) SP1-2節點(diǎn)

 (b) SP1-1節點(diǎn)

圖4骨架曲線(xiàn)

由圖4兩個(gè)節點(diǎn)的骨架曲線(xiàn)對比可以看出，SP1-2節點(diǎn)的滯回曲線(xiàn)呈“反S型”，骨架曲線(xiàn)沒(méi)有出現強化段，當節點(diǎn)承載力到達一定值后，未經(jīng)強化即過(guò)渡到下降段，且下降段承載力下降迅速，整個(gè)加載過(guò)程中承載力峰值約為+130kN，-180kN；而SP1-1節點(diǎn)骨架曲線(xiàn)有完整的強化段和下降段，承載力峰值約為±380kN，是SP1-2試件承載力的3倍。

3.2 SP1-3箱柱缺陷型節點(diǎn)試驗結果及分析

3.2.1試驗現象

層間位移角位于0.00375rad～0.01rad之間，節點(diǎn)處于彈性受力階段，節點(diǎn)承載力達到250kN；當層間位移角達到0.015rad時(shí)，節點(diǎn)開(kāi)始屈服，梁端正向加載到第二循環(huán)時(shí)，梁上翼緣輕微鼓起(如圖5 (a)），此時(shí)節點(diǎn)承載力到達290kN；隨著(zhù)層間位移角的增加，節點(diǎn)承載力繼續升高；層間位移角到達0.03rad時(shí)，上翼緣削弱部位鋼板發(fā)生變形（如圖5 (b)），節點(diǎn)承載力到達356kN；層間位移角達到0.04rad時(shí)，上翼緣狗骨削弱最深處屈曲變形明顯，腹板也發(fā)生了輕微屈曲（如圖5 (c))，此時(shí)節點(diǎn)承載力下降到290kN；繼續加載后，梁上翼緣與柱翼緣連接處焊縫開(kāi)裂，隨著(zhù)層間位移角的增加，梁上翼緣與柱面慢慢脫開(kāi)（如圖5 (d)），后經(jīng)查證箱柱內隔板與梁上翼緣并未對齊，導致了此現象的發(fā)生。試驗被迫停止。

(c) 0.04rad                 (d) 焊縫破壞情況

圖5SP1-3試驗現象

3.2.2滯回曲線(xiàn)及骨架曲線(xiàn)

圖6 SP1-3滯回曲線(xiàn)和骨架曲線(xiàn)

圖6為試驗所得滯回曲線(xiàn)及骨架曲線(xiàn)。由滯回曲線(xiàn)及骨架曲線(xiàn)可以看到，節點(diǎn)在屈服之后，焊縫開(kāi)裂之前，滯回曲線(xiàn)明顯呈“梭形”，且極限承載力一直呈上升趨勢，當上翼緣與柱連接處焊縫開(kāi)裂后，承載力由峰值348.07kN直接下降至119.11kN，之后正向加載時(shí)承載力僅由腹板承擔，承載力不再上升，試驗被迫結束。

3.3 SP1-4箱柱缺陷型節點(diǎn)試驗結果及分析

3.3.1試驗現象

試驗過(guò)程中，當層間位移角到達0.01rad，正向加載到227kN，但當反向加載到最大時(shí)，發(fā)生巨大聲響，同時(shí)發(fā)現梁端下翼緣處焊縫開(kāi)裂（如圖7（a））；繼續加載，層間位移角到達0.015rad時(shí)，荷載不再出現上升現象，試件屈服；層間位移角道道0.02rad時(shí)，正向加載到最大時(shí)，上翼緣焊縫開(kāi)裂（如圖7（b））；層間位移角到達0.03rad時(shí)，上下翼緣焊縫的開(kāi)裂情況繼續加深，且當正向加載到最大時(shí)，下翼緣與柱連接處柱被拉的鼓起來(lái)；到達0.04rad時(shí)，上下翼緣焊縫完全破壞，剛接變成了鉸接；0.05rad時(shí)，柱面相對上下翼緣處有撕開(kāi)現象（如圖7（c））；0.06rad時(shí)，下翼緣完全被撕開(kāi)（如圖7（d）），試驗結束。

圖7SP1-4試驗現象

3.3.2滯回曲線(xiàn)及骨架曲線(xiàn)

圖8 SP1-4滯回曲線(xiàn)和骨架曲線(xiàn)

由圖8滯回曲線(xiàn)和骨架曲線(xiàn)可以看出，節點(diǎn)未出現彈塑性受力階段，也沒(méi)有出現強化階段，而是當層間位移角到達0.15rad時(shí)，由于梁下翼緣焊縫的開(kāi)裂，使得梁的承載力突然從309.61kN降低到187kN，節點(diǎn)喪失承載能力，并在以后的加載過(guò)程中，節點(diǎn)承載力持續下降。整個(gè)破壞過(guò)程延性低。

4.結論

目前箱柱廣泛運用于鋼結構工程當中，然而在實(shí)際工程中，往往由于箱柱較型鋼柱加工工藝復雜，經(jīng)常出現質(zhì)量缺陷。例如，柱在梁翼緣上下各500mm的范圍內，箱形柱壁板間未能夠采用全熔透坡口焊縫，箱柱內隔板的施工處理上往往會(huì )出現內隔板只焊接了三面、隔板與梁翼緣沒(méi)有對齊、隔板厚度較小等問(wèn)題，這些問(wèn)題的出現嚴重影響了箱柱梁柱節點(diǎn)的受力性能和抗震性能，降低了節點(diǎn)的承載能力、延性性能和耗能能力，極大影響了房屋的結構安全，因此，在鋼結構房屋結構設計和施工應嚴格遵守相關(guān)規范條文的規定。

參考文獻

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（北京建筑工程學(xué)院，北京，100044）