【摘 要】
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高强钢的应用能够减轻结构自重,具有经济和社会效益,推广至装配式半刚性钢结构体系将进一步提升我国建筑工业化的材料效能,对我国实现“碳达峰、碳中和”的节能减排目标具有重要意义。高强钢与普通钢的力学性能具有显著区别,高强钢的屈强比更大且延性更差,这对梁柱半刚性节点的抗震性能具有重要影响,而现有相关研究不足,导致其工程应用不够经济合理,甚至存在安全隐患。由于节点的力学性能是整个结构体系性能的关键,因此,评
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目（51638009）； 国家自然科学基金面上项目（51978279）； 国家自然科学基金青年项目（52108145）；
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高强钢的应用能够减轻结构自重,具有经济和社会效益,推广至装配式半刚性钢结构体系将进一步提升我国建筑工业化的材料效能,对我国实现“碳达峰、碳中和”的节能减排目标具有重要意义。高强钢与普通钢的力学性能具有显著区别,高强钢的屈强比更大且延性更差,这对梁柱半刚性节点的抗震性能具有重要影响,而现有相关研究不足,导致其工程应用不够经济合理,甚至存在安全隐患。由于节点的力学性能是整个结构体系性能的关键,因此,评估高强钢梁柱半刚性节点的抗震性能至关重要。本文对Q690高强钢外伸端板连接梁柱节点的抗震性能进行研究,完成的主要工作和取得的主要成果如下:1)完成了10个Q690高强钢T型件的循环加载试验,考察了三种翼缘厚度T型件在常幅和变幅加载制度下的滞回性能。结果表明,循环加载下的T型件破坏形式均为翼缘与腹板相交焊脚处的热影响区开裂;变幅循环下,T型件的翼缘越薄时累计塑性变形能力越好,但翼缘厚度适中时累计耗能能力最优;常幅循环下,T型件的滞回圈数、累计塑性变形和耗能能力与翼缘厚度有关,且均随着变形幅值的增大而减小;高强钢T型件的抗拉塑性承载力仍然可通过欧洲规范的公式计算,极限承载力约为塑性承载力的1.2倍。2)标定了Q690高强钢T型件的低周疲劳曲线以及累积耗能能力预测公式,探究了考虑承载力和刚度退化的T型件滞回数学模型。结果表明,低周疲劳破坏可通过公式（35）?p=26.8Nf-0.52进行预测,其中（35）?p为循环塑性变形幅值,Nf为破坏前的循环圈数;给定塑性变形幅值?p下的累计耗能能力Ecc可通过公式Ecc/E0=0.036（tf?p/2m~2）-1.403进行预测,其中E0为单调拉伸至?p的耗能大小,tf为T型件翼缘厚度,m为螺栓至翼缘和腹板交界处的距离;现有适用于普通钢T型件的滞回模型对高强钢T型件的拟合效果较差。3)完成了5个Q690高强钢外伸端板连接梁柱节点的循环加载试验,考察了三种端板厚度、两种柱腹板节点域厚度以及两种柱翼缘厚度下的节点滞回性能。结果表明,循环加载下的高强钢节点破坏形式与普通钢的情况类似;高强钢外伸端板具有一定的塑性变形和耗能能力,最大缝隙转动能力为0.02～0.03 rad,累计塑性转动能力为0.1～0.2 rad,且存在最大化累积耗能能力的最优端板厚度;高强钢节点域具有稳定良好的塑性变形和耗能能力,最大剪切变形能力在0.04 rad以上,累计塑性变形能力在0.8rad以上;高强钢柱翼缘比端板更薄时可参与屈服耗能,但可能引起螺栓提前破坏,因而对整个节点的抗震性能存在不利影响;高强钢节点的抗弯塑性承载力仍然可通过欧洲规范的组件法计算,抗弯极限承载力为塑性承载力的1.1～1.2倍。4)开展了Q690高强钢外伸端板连接梁柱节点的滞回性能数值模拟。与试验结果的对比表明,三维精细有限元分析结果与试验吻合良好,能够准确地模拟螺栓端板连接的滞回捏拢特征和缝隙变形模式,以及节点域的滞回饱满特征和剪切变形形态。5)对比分析了现行中、美、欧等设计规范对端板连接梁柱节点的抗震设计方法,提出了高强钢外伸端板连接梁柱节点的抗震设计建议:按耗能组件设计时,高强钢端板的厚度限值取现行欧洲规范规定的1.2～1.4倍;设置柱腹板水平加劲肋时,高强钢柱翼缘厚度不应小于端板厚度;高强钢节点域参与节点总塑性转角的最大比例可为70%,但此时结构抗震分析时应考虑节点域变形的影响。
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