交叉U型板连接的墙梁节点抗震性能试验研究.pdf

Journal of Inner Mongolia University of Science and TechnologyVol.42,No.2第42 卷第2 期June,20232023年6 月内蒙古科技大学学报交叉U型板连接的墙梁节点抗震性能试验研究祁海啸，万馨（内蒙古科技大学土木工程学院，内蒙古包头014010)摘要：为研究交叉U型板连接墙梁节点的抗震性能，设计2 个节点试件进行低周往复荷载试验，将U型板板厚作为考察的参数，探讨此节点的破坏形态和抗震性能，以及节点域部位应变分布规律.结果表示：2 个试件的延性系数均大于3.16,交叉U型板节点具有较强的抗震性能，U型板板厚对节点的承载力影响较大，板厚由8 mm变为12mm，试件极限承载力增加了148.2%.U型板折弯处角部为薄弱部位，在实际应用中应重点加强.关键词：交叉U型板；墙梁节点；抗震性能；试验研究中图分类号：TU398文献标识码：A文章编号：2 0 9 5-2 2 9 5(2 0 2 3)0 2-0 15 5-0 5D0I:10.16559/ki.2095-2295.2023.02.011Seismic performance experiment analysis ofwall-beam connection with crossed U-plateQI Haixiao,WAN Xin(Civil Engineering School,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010,China)Abstract:In order to study the seismic performance of the cross U-plate connected wall and beam connection,two joint specimens weredesigned for low circumferential reciprocal load experiments,and the U-plate thickness was used as a parameter to consider the damagepattern and seismic performance of the joint,as well as the strain distribution regulation of the joint area.The results show that the duc-tility factors of both specimens are greater than 3.16.The crossed U-plate connection has excellent seismic performance and the thick-ness of the U-plate has a large influence on the bearing capacity of the joint.The ultimate bearing capacity of the specimen increased by148.2%when the plate thickness changed from 8 mm to 12 mm.The corner of the U-plate bend is a weak area and should be strength-ened in practice.Key words:cross U-plate;wall and beam connection;seismic performance;experimental study钢板混凝土剪力墙结构可以改善结构在地震中的抗震响应1-2 开口式剪力墙，特别是联肢剪力墙中连梁在高层结构中有着卓越的耗能能力，能够耗散大量地震能量现阶段对于联肢剪力墙墙梁节点的研究较多是混凝土墙一钢梁节点3-4 和混凝土墙一组合梁节点5 ，而有关装配式连接节点，特别是螺栓连接为主的节点研究相对较少。基于此，故课题组提出一种新型装配式墙梁节点的连接方法6 ,即采用交叉U型板连接，对该节点进行拟静力加载，来分析该节点的抗震性能。*基金项目：内蒙古自治区高等学校科学研究资助项目（NJZZ23058）；内蒙古科技大学建筑科学研究所开放基金资助项目（JYSJJ-2021M09).作者简介：祁海啸（19 9 7），男，内蒙古科技大学硕士研究生，研究方向为钢结构理论与设计。通信作者：e-mail:收稿日期：2 0 2 2-12-2 91562023年6 月第42 卷第2 期内蒙古科技大学学报1试验设计1.1试件设计选取剪力墙结构边节点为研究对象，设计2 个足尺的交叉U型板连接的墙梁节点试件，试件尺寸示意图如图1，几何参数见表1，试件钢材均采用Q235B钢材.剪力墙形式为外包钢板，内部浇筑混凝土，混凝土强度等级为C30.试验中钢梁为焊接H型截面，焊条采用E43型钢梁型号为HM244175812.记U型板与梁连接为U1板、与墙连接为U2板.U2板00S一2L/210.9sM30/240320240U1板一180010.9sM27800图1几何尺寸图表1试件几何参数mm试件钢梁U型钢材与梁搭编号跨度板厚牌号接长度UC-P-814008Q235210UC-P-121 40012Q2352101.2试验装置及加载制度试验加载方式为拟静力加载，图2 为试验加载示意图，加载现场见图3.作动器千反力墙U1板螺母U2板限位梁地脚螺栓图2加载装置示意内蒙古科技大学建筑科学研究所开放基金JYSJJ-2021MD9）组合墙-钢梁交叉U型连接节点受力性能试验分析图3加载装置现场通过电液伺服仪控制作动器来施加水平荷载，水平荷载加载制度采用位移控制分级加载，起初，每级荷载增加1.0 mm，循环1次，直至试件屈服，试件屈服后按1.2 5 y、1.5 0 A y、1.7 5 y 进行施加水平荷载，每级循环3次，见图4，直至试件受损严重或者水平荷载降至峰值荷载的8 5%以下时，则加载结束.1.7541.0040屈服前屈服后图4加载制度2试验试件破坏形态与结果分析2.1破坏过程通过对试验过程的观测，发现试件在低周往复157祁海啸，等：交叉U型板连接的墙梁节点抗震性能试验研究水平荷载作用下各个试件破坏形态大致相同，在加载初期，钢梁顶部水平荷载较小，试件各部位均正常工作，处于弹性受力阶段随着荷载渐渐增大，U型节点板U1与U2的弯折处均进人屈服状态，此后U1板与U2板的折弯处，均出现不同程度的开裂，最终，水平荷载降至极限荷载的8 5%，停止加载。试件节点处的典型破坏如图5 所示。试验观测结果表明：交叉U型板破坏位置位于折弯处的角部，角部出现开裂后慢慢向内延伸。(a)U2板角部U2板角部U1板角部U2板角部U1板角部U2板角部图5试件破坏形态(a)UC-P-12的破坏形态；(b)UC-P-8的破坏形态2.2滞回曲线图6,7 为试验所得到的各试件的荷载一位移滞回曲线，可见交叉U型板连接的墙梁节点在低周反复荷载作用下的滞回曲线具有明显的“弓形”，表明试件的滞回曲线受到螺栓滑移的影响产生了一定的捏缩现象.试件UC-P-8较试件UC-P-12滞回环更加饱满，分析是由于该试件节点板相对更加薄弱，在螺栓预紧力大量损伤前，节点板已提前进人屈服并较前一个试件更快进人强化阶段，使得该试件的滞回曲线饱满程度较UC-P-12更好，“捏缩”效应相对更小.100UC-P-1250NVd0-50-100-150-40-30-20-10010203040A/mm图6UC-P-12滞回曲线40UC-P-820Nd0-20-40-40-30-20-10010203040A/mm图7UC-P-8滞回曲线2.3骨架曲线及延性各个试件的骨架曲线如图8 所示，横轴为钢梁加载端位移，纵轴为加载端荷载各个试件的延性系数 7 见表2.从骨架曲线中可以看到，试件UC-P-12和UC-P-8的骨架曲线均相对平滑，节点屈服后都有延性的体现，延性系数均大于3.1 6.将2 个节点的骨架曲线对比后可以看出，U型节点板板厚对承载力的影响明显，U型节点板厚由8 变为1 2，试件极限承载力平均增加了1 48.2%.100UC-P-12-UC-P-850NPVd0-50-100-150-40-30-20-10010203040mm图8骨架曲线1582023年6 月第42 卷第2 期内蒙古科技大学学报表2骨架曲线特征及延性峰值峰值破坏试件加载延性荷载位移荷载编号方向系数/kN/mm/kN推向97.6028.0082.963.18UC-P-12拉向110.9030.3094.273.16平均104.2529.1588.623.17推向41.8027.3035.533.87UC-P-8拉向42.2023.8035.873.57平均42.0025.5535.703.722.4U型板应变分析1）节点梁翼缘应变图9,1 0 分别为试件UC-P-12和试件UC-P-8钢梁翼缘处，沿长度方向布置的应变片应变变化图.22号应变片位于与节点根部位置，2 1 号、2 0 号、1 9号应变片为依次远离节点根部应变片，2 2 号和2 1号应变片在U型节点内，2 0 号和1 9 号应变片在U型板外面.由图9,1 0 可以看出梁翼缘最大应力处于2 0 号应变片，也就是处于U型节点板外5 5 mm的位置，梁翼缘在整个加载过程中尚未出现屈服，可能是由于节点板板厚均梁翼缘板厚，导致U型节点板屈服破坏后，梁尚未屈服，所以建议实际应用中，加强节点板强度或者削弱钢梁强度，使得塑性铰远离U型节点板，由图9,1 0 可推测塑性铰出现在20号应变片的位置.5001.0041.254400-1.50439013001.7542.004200-2.2541002.504022212019测点图9UC-P-12钢梁翼缘应变分布1801.0041601.2541401.504C1201.7542.0041002.254,802.504604022212019测点图1 0UC-P-8钢梁翼缘应变分布2）节点U板折弯处应变图1 1 1 4分别为2 个试件U型节点板折弯处应变片布置所示应变规律，其中U1板折弯处测点分别为5 6,5 7,5 8,5 9，测点5 6 和测点5 9 为U1板折弯处边缘测点，测点5 7 和测点5 8 为U1板折弯处中间测点，1.004301-1.25412-1.5041.7548-2.0042.2542.5042.754-3.0040(拉）(推）3.2545958575656575859测点图1 1UC-P-12节点U1板折弯处应变分布3:011.0041.25415+-1.50410-1.754+-2.00452.25402.5042.754-5*3.004(拉）-10（推3.25417 16 15 1414 15 16 17测点图1 2UC-P-12节点U2板折弯处应变分布责任编辑：王晓枫）159祁海啸，等：交叉U型板连接的墙梁节点抗震性能试验研究根据应变分布可知，在加载的整个过程，U1板折弯处边缘应变最大中间最小，但均到达屈服状态；U2板折弯处测点分别为1 4,1 5,1 6,1 7,测点1 4和测点1 7 为折弯处边缘测点，测点1 5 和测点1 6 为折弯处中间测点，由图1 1 1 4可知整个加载过程中，均在结构屈服时就达到屈服状态，因为整个U型板加工工艺均是冷弯成型,残余应力的影响，导致相对于其他部位提前进人屈服状态，建议加工时去除残余应力或改变加工工艺，如：振动时效法、热时效方法 8 、回火处理法 9 等中间测点应变最大，而2 侧应变最小，其原因是中间测点靠近2 个U型板腹处的塞焊刚度大，则应力分布上中间大于两侧.39-011.00414-1.2541.504121.754102.00482.2546H2.504-2.7544-3.00423.254(拉)（推）5958575656575859测点图1 3UC-P-8节点U1板折弯处应变分布3:-01-1.004-1.254,20-1.50415-1.754,-2.004102.25452.5042.7540-3.004(拉）5（推）3.251716151414151617测点图1 4UC-P-8节点U2板折弯处应变分布3结论1)交叉U型连接板具有较强的抗震性能，2 个试件的位移延性系数均大于3.1 6.2)U型连接板作为传力部位，对节点受力有直接影响，U型板板厚对节点的承载力影响较大，板厚由8 mm变为1 2 mm，试件极限承载力增加了148.2%.3)为使塑性铰出现在远离U型板的钢梁上，建议设计时U型板板厚大于钢梁翼缘厚度4)U型板折弯处角部为薄弱部位，实际应用中，建议对此部位进行适当加强，参考文献：1张有佳,王静.双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究综述.建筑科学,2 0 1 4,30（0 1）：1 6.2刘香，伍敏，崔涛，等.预制混凝土短肢剪力墙抗震性能试验研究.内蒙古科技大学学报,2 0 1 6,35（0 1）：94.3李国强，顾福霖，孙飞飞.钢连梁与混凝土剪力墙内埋钢暗柱式连接节点受力性能一试验研究.土木工程学报,2 0 1 7,5 0(0 2):44.4余琼,方永青,朱帅.钢梁一混凝土墙全螺栓连接节点受力性能分析.结构工程师,2 0 1 5,31（0 6）：2 6.5余远航.U型钢混组合梁一外包钢板剪力墙样卯节点抗震性能研究 D.重庆：重庆大学,2 0 2 0.6万馨，高铃钰，陈明，等.基于装配式交叉U型连接件的钢板混凝土组合剪力墙一钢梁节点性能有限元分析.硅酸盐通报,2 0 2 1,40(0 1)：1 1 3.7JGJ/T1012015.建筑抗震试验方法规程 S.北京：中国建筑工业出版社,2 0 1 5.8李亦森，葛宁，胡盛德，等.冷弯厚壁型钢中打的残余应力测量与去除.力学研究,2 0 1 8,7（0 3）：1 0 5.9丁文红，孙力，徐进桥，等.热轧高强钢残余应力调控技术的研究现状及展望.轧钢,2 0 2 2,39（0 2）：1.