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盖板加强型节点局部试件断裂性能试验

研究

(1.青岛理工大学土木工程学院，山东青岛266033;2.重庆长夏安基建筑设计有限公司济南分公司，山东济南250100)

引言

钢框架梁柱节点焊缝区域是影响整个结构断裂的关键部位[1-5]。介于全尺寸节点模型造价较高且试验操作复杂的局限性，DEXTER等[6-10]使用局部试件针对节点焊缝进行试验研究，结果表明局部试件的研究方法可靠有效，适宜开展大批量研究。在役多年钢框架的焊缝会产生不同程度的缺陷或损伤，在强震作用下，这些焊缝缺陷及损伤容易导致焊缝断裂，危害节点安全。本文针对盖板加强型节点局部试件进行试验，集中研究该类节点焊缝的断裂机理，探讨加载速率、加强板厚度和焊缝缺陷对盖板加强型节点断裂性能的影响。

试验概况

试件设计

在役多年的钢框架遭遇地震作用时，梁柱节点下翼缘处易发生脆性破坏，其原因主要包括：下翼缘焊缝施工时操作空间受限，焊接质量无法保证[11]；梁上放置的组合楼板使得梁下翼缘受力增大[12]。基于上述原因，本文局部试件选取区域如图1(a)所示。为满足《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)[13]和

《钢结构设计规范》(GB50017—2003)[14]的要求，图1(a)中梁、柱截面尺寸分别为HN200×100×5.5×8、HW200×200×8×12。本文设计制作了11个盖板加强型节点局部试件进行单向拉伸试验，试件材料强度为Q235，加强板尺寸参考王燕等[15]给出的建议值：加强板的长度为梁高的0.5～0.8倍;厚度为梁翼缘厚度的0.7～1.2倍。最终试件加强板长度为160mm，宽度为130mm，CP1

系列试件加强板厚度为6mm，CP2系列为8mm。具体试件尺寸如图2所示。

局部试件选取位置

局部试件构造

局部试件照片

CP1系列试件细节

CP2系列试件细节单位：mm

根据已有研究结论，节点断裂性能受裂纹位置影响[16]，故本次试验在对接焊缝及角焊缝位置设置裂纹，具体如图3、表1所示。DT系列表示在对接焊缝处设置沿焊缝长度方向通长的裂纹，其中DT1裂纹位于柱翼缘与对接焊缝融合处，DT2位于对接焊缝中部，DT3位于对接焊缝与加强板融合处；DG表示在对接焊缝处设置沿板厚方向贯穿的裂纹；JT表示在角焊缝处设置沿焊缝长度方向通长的裂纹；JG表示在角焊缝处设置沿梁厚方向贯穿的裂纹；X表示未设置裂

纹缺陷。DT系列裂纹深度为2mm；JT型裂纹深度为0.5mm，JG宽度为5mm。

DT1

DT2

DT3

DG

JT

f)JG

试件编号加载速率/(mm·min-1)加强板厚度/mm缺陷类型CP1A10.66无CP1A23.06无CP1A36.06无CP1DT13.06对接焊缝处通长裂纹CP1DT23.06对接

焊缝处通长裂纹CP1DT33.06对接焊缝处通长裂纹CP2X3.08无CP2DT33.08对接焊缝处通长裂纹CP2JT3.08角焊缝处通长裂纹CP2DG3.08对接焊缝处贯穿裂纹CP2JG3.08角焊缝处贯穿裂纹

试验装置与测点布置

试验通过100t电子拉力机施加单向拉伸荷载。试验中由夹具直接夹紧试件，位移加载速率见表1，试验装置如图4(a)。为得到试件在试验中的应变分布，Reference[17]的测量方法，在梁柱焊接处、盖板与梁翼缘焊接处焊缝附近的梁翼缘上分别布置应变片，测点布置见图4(b)。

(b)测点布置图单位:mm

试验结果及分析

试验现象及破坏形态

盖板加强型节点局部试件的试验现象及荷载位移曲线如图5、图6及表2所示。

CP1A

CP1A2

CP1A3

CP1DT1

CP1DT2

CP1DT3

CP2X

CP2DT3

i)CP2JT

CP2DG

CP2JG

图5试件破坏形态Fig.5Failuremodesofspecimens

加载速率不同

加强板厚度不同(无缺陷)

加强板厚度不同(含缺陷)

对接焊缝缺陷不同(CP1型)

对接焊缝缺陷不同(CP2型)

角焊缝缺陷不同

图6试件荷载位移曲线

Fig.6TestresultsofspecimensinP-δcurves

试验加载过程中，各试件发生了不同程度的滑移，导致图6中位移值偏差过大。由图5及表2可知，在单调拉伸荷载作用下，试件可按照破坏形态分为两组：一组是CP1A1、CP1DT1、CP1DT2、CP1DT3、CP2X、CP2DT3，破坏形态为梁翼缘板颈缩断裂，且加强板端部角焊缝出现裂纹；另一组是CP1A2、CP2JT、CP2JG，破坏形态为加强板端部角焊缝断裂，梁翼缘