冷弯薄壁型钢斜节点抗震性能试验研究

摘要：本文对冷弯薄壁型钢抗弯斜节点的抗震性能进行了试验研究。通过对六个梁柱斜节点的拟静力试验，得出节点在低周反复荷载作用下各连接组件板域的应变分布以及节点板厚度、螺栓间距对节点受力性能的影响。根据试验结果，探讨了构造对节点承载力、刚度、延性及耗能性能的影响。

关键词：冷弯薄壁C型钢高强螺栓连接抗弯斜节点抗震性能

Abstract：In this paper, we introduced the inclined nodes of cold-formed steel C, whoseseismic behavior were studied in our experimentation. From the six specimen, which loaded the low-cyclic loading in the quasi-static test and in the low-cycle loading, we have observed the impact of the nodes mechanical properties, which have the different components of the strain distribution plate, gusset plate thickness, and bolt spacing on the node. And in accordance with test results, the paper discussed the effect of this specimen structure on the node bearing capacity, stiffness, ductility and energy performance.

Key Words：cold-formed steel C；high-strength bolted connections；moment connections；seismic performance；

中图分类号：U452.2+8 文献标识码：A 文章编号：

引言

冷弯型钢指将薄钢板或带钢在常温状态下通过辊轧或冲压冷弯成各种形状的截面型钢。冷弯型钢具有强度高、自重轻、工厂化程度高、安装简便、截面形式合理、防腐性能好等诸多优点，因此，冷弯型钢被广泛地应用到建筑领域。

节点作为冷弯薄壁型钢结构体系传力的核心构件，是研究这种结构体系的重要组成部分。国内外都对节点进行了深入的研究，如香港理工大学的钟国辉（K.F.Chung）[1]、B.P. Lim和D.A. Nethercot[2] [3]等人都进行过这方面的研究。

目前国内对冷弯型钢节点的研究主要集中在连接的强度和刚度上，关于抗震性能的研究还较少。本文作者通过试验对冷弯C型钢抗弯斜节点的抗震性能进行了研究。

C型冷弯型钢抗弯斜节点试验

1.1试验概况

本试验构件采用C型冷弯型钢梁柱斜节点。试件构造是通过摩擦型高强螺栓将两块C型冷弯型钢以背靠背的形式连接在一起，梁柱的节点处中间夹有钢板来作为节点板，高强螺栓将节点板和两块C型冷弯型钢紧紧的连接在一起。通常屋面坡度采取为10°，根据屋面坡度设置了梁柱节点处夹角为100°，从而构成C型冷弯型钢梁柱斜节点的构造形式。

本试验将主要考虑螺栓间距和节点板厚度对梁柱节点的转动能力和抗震性能的影响。准备进行6个C型钢梁柱节点试件在低周反复荷载作用下的拟静力试验，研究各组件板域的应变分布以及节点板板厚以及螺栓间距等因素对节点区域受力性能的影响，得到节点在反复荷载作用下的和滞回曲线，对此类节点的破坏机理、承载力退化、刚度退化、延性及耗能性能进行相应的探索性分析。

1.2试件设计

本试验设计了6个冷弯型钢梁柱节点，节点的构造采用两块C型冷弯薄壁型钢以背靠背的形式之间夹有钢板，通过高强螺栓进行连接。梁柱截面形式一样，均为双肢C型钢背靠背用螺栓连接而成，C型钢截面尺寸为C160×60×20×2.0，卷边半径为6mm；节点板为曲线多边形，热轧钢板，其上边界和梁上翼缘平齐，加腋在梁下；螺栓均采用8.8级Φ16高强螺栓连接副。在设计荷载作用下，按照拼接中心处的实际受力进行设计[5]，未考虑地震作用。设计简图如图1所示，各构件参数见表1。

为了保证构件的质量，全部构件的部件在加工厂制作完成后，再运到实验室进行组装，充分保证了试验要求。试件中梁和柱采用螺栓连接，连接时按照工程施工做法。为了便于稳固柱构件，柱端用钢板焊死，保证柱构件平面内外的抗弯刚度。

图1试件设计图

表1试件参数

注：试件编号中，B为“bolted cold-formed steel joint”的缩写，160_4表示螺栓间距160mm，节点板厚度4mm，下同。

1.3试验加载装置和加载制度

1.3.1试验加载装置

试验加载装置如图2。加载设备为：30吨推拉千斤顶一个、油泵一台；反力装置为：水平限位梁两个，试件压梁一个，C60高强混凝土试块2个，限位轨道梁两根，支撑架一个。

图2试验加载装置简图

试件柱端由地面固定支座（两根水平限位梁）限制其水平位移及转角，柱下（距柱端800mm处）垫高强混凝土试块若干个作为构件竖向支撑，上面再用压梁压住，以限制其竖向位移。千斤顶两端均为铰接，一端为反力墙，一端为试件梁端的加载铰。由于试件的平面外抗弯、抗扭能力较差，为了保证试件平面内受荷，在试件梁的上部沿加载方向设置两根限位轨道梁，保证试件只能沿加载方向移动，避免因为试件的原始缺陷导致的平面外抗弯、抗扭刚度不足而产生的过大位移，引起试验失败。

1.3.2 试验加载制度

根据《建筑抗震试验方法规程》(JGJ101-96) [5]的要求，试验开始前首先给试件进行反复预加载试验两次，使得试验各部件协调工作后，在梁端施加低周反复荷载进行试验。加载使用力－位移混合控制。先使用力控制，分级加载，力的加载步长取2.5kN，逐级递增循环一次；当试件屈服后，力很难保持稳定在一个数据上，改用位移控制。位移控制同样采用分级加载的方式，为了便于在函数记录仪上加载控制，加载步长取8mm（约等于屈服位移和滑移位移），每级循环3次。观察和记录试件破坏的全过程，直到荷载值降到极限荷载的一半以下终止试验。

试验现象

试验的6个试件，其试验过程均非常相似。从加载初期直到到达极限荷载的过程中，试件梁端随千斤顶往复移动，其它部位并无明显的变形，当加载到13kN左右时，C型钢B-B截面(图1)附近节点板有测点屈服，随之加载，节点板开始出现形变，当加载到极限值的约80%时，试件在进行推进加载时，节点板发生向外的鼓曲变形增加，C型钢在A-A截面附近的翼缘出现了屈曲现象，此时，相关测点均已屈服。当位移继续增大时，节点板发生平面外的弯曲扭转。总的来说，试件在荷载推进的承载能力略低于荷载在拉伸时的承载能力。试件B160_6，B200_6和B240_6，由于节点板较厚，承载能力要好于另外的三个试件。

试验结果

3.1滞回曲线