1、外文翻译及原文 摘自： journal of Constructional Steel Research.Volume 59,Number 1,January 2003 受弯钢框架结点在变化轴向 荷载和侧向位移的作用下的周期性行为 摘要 这篇论文讨论的是在变化的轴向荷载和侧向位移的作用下，接受测试的四种受弯钢结点的周期性行为。梁的试样由变截面梁，翼缘以及纵向的加劲肋组成。受测试样加载轴向荷载和侧向位移用以模拟侧向荷载对组合梁抗弯系统的影响。实验结果表明试样在旋转角度超过 0.03 弧度后经历了从塑性到延性的变化。纵向加劲肋的存在帮助传递轴向荷载以及延缓腹板的局部弯曲。 1、 引言 为了评价变截
2、面梁（ RBS）结点在轴向荷载和侧向位移下的结构性能，对四个全尺寸的样品进行了测试。这些测试打算评价为旧金山展览中心扩建设计的受弯结点在满足设计基本地震等级（ DBE）和最大可能地震等级（ MCE）下的性能。基于上述而做的对 RBS 受弯结点的研究指出 RBS 形式的结点能够获得超过0.03 弧度的旋转角度。然而，有人对于这些结点在轴向和侧向荷载作用下的抗震性能质量提出了怀疑。 旧金山展览中心扩建工程是一个 3 层构造，并以钢受弯框架作为基本的侧向力抵抗系统。 Fig.1 是一幅三维透视图。建筑的总标高为展览厅屋顶的最高点，大致是 35.36m（ 116ft）。展览厅天花板的高度是 8.23m
3、（ 27ft），层高为 11.43m（ 37.5ft）。建筑物按照 1997 统一建筑规范设计。 框架系统由以下 几部分组成：四个东西走向的受弯框架，每个电梯塔边各一个；四个走向的受弯框架，在每个楼梯和电梯井各一个的；整体分布在建筑物的东西两侧。考虑到层高的影响，提出了双梁抗弯框架系统的观念。 通过连接大梁，受弯框架系统的抵抗荷载的行为转化为结构 倾覆力矩 部分地被梁系统的轴向压缩 -拉伸分担，而不是仅仅通过梁的弯曲。结果，达到了一个刚性侧向荷载抵抗系统。竖向部分与梁以 联结杆 的形式连接。联结杆在结构中模拟偏心 刚性构架 并起到与其相同的作用。通常地联结杆都很短，并有很大的剪弯比。 在地震类
4、荷载的作用下， CGMRFS 梁的最终弯矩将 考虑到可变轴向力的影响。梁中的轴向力是切向力连续积累的结果。 2 CGMRF 的解析模型 非线性静力推出器模型是以典型的单间 CGMRF 模板为指导。图 2 展示了模型的 尺寸规格 和多个部分。 翼缘板 尺寸为 28.5mm 254mm（ 1 1/8in 10in），腹板尺寸为 9.5mm 476mm（ 3/8in 18 3/4in）。推进器模型中运用了 SAP 2000 计算机程序。框架的特色是全约束（ FR）。 FR 受弯框架是一种由结点应变引起的挠度不超过 侧向挠度 的 5%的框架。这个 5%仅与梁 -柱应变有关，而与柱底板区应变引起的框架应
5、变无关。 模型通过屈服应力和匹配强度的期望值来运行。这些值各自为 372Mpa（ 54ksi）和 518Mpa（ 75ksi）。 Fig.3 显示了塑性铰的荷载 -应变行为是通过建筑物地震恢复的 NEHRP 指标以广义曲线的形式逼近的。 y 以 Eps5.1 和 5.2 为基底运算，如下： P-M 铰合线 荷载 -应变模型上的点 C， D 和 E 的取值如表 5.4 y 以 0.01rad 为幅度 取值见表 5.8。切变 铰合线 荷载 -应变模型点 C， D 和 E 取值见表 5.8。对于连续梁，假定两个模型点 B 和 C 之间的形变硬化比有 3%的弹性比。 用下面的公式计算弯矩与轴向荷载之间
6、的相互关系 CEM 是期望弯矩强度， RBSZ 是 RBS 塑性模量， yeF 是材料的屈服强度， P 是梁中的轴向力，yeP是 RBS 屈服力，等于gA yeF。梁的最终弯曲能力和模型的连续行见图 1。 Fig.4 定性的给出了侧向荷载下的 CGMRF 中的弯矩，切应力和正应力的分布。其中切应力和正应力对梁的影响要小于弯矩的作用，尽管他们必须在设计中加以考虑。内力分布图解见 Fig.5，可见，弹性范围和非弹性范围的内力行为基本相同。内力的比值将随框架的屈服和内力的重 分布的变化而变化。基本内力图见 Fig.5，然而，仍然是一样的。 非静力推进器模型的运行通过柱子顶部的侧向位移的单调增加来实现
7、，如Fig.5 所示。在四个 RBS 同时屈服后，发生在腹板与翼缘端部的竖向的统一屈服将开始形成。这是框架的屈服中心，在柱子被固定后将在柱底部形成塑性铰。 Fig.7给出了基本切应力偏移角。图中还给出了框架中非弹性活动的次序。对于一个弹性组成，推进器将有一个特有的很长的过渡（同时形成塑性铰）和一个很短的屈服平稳阶段。 塑性旋转能力，p被定义 为：结点强度从开始递减到低于 80%的总的塑性旋转角。这个定义不同于第 9 段（附录） AISC 地震条款的描述。使用 Eq 源于 RBS塑性旋转能力被定在 0.037 弧度。 yfF被yyRF替代，yR用来计算理论屈服强度与实际屈服强度的区别（标号是 5
8、0 钢） 3实践规划 如图 6 所示，实验布置是为了研究基于典型的 CGMRF 结构下的结点在动力学中的能量耗散。用图中所给的塑性位移，塑性转角，塑性偏移角，由几何结构，有如下： 和 这里的 和 包括了弹性组合。上述近似值用于大型的非弹性梁的变形破坏。图6a 表明用图 6b 所示的位移控制下的替代组合能够表示 CGMRF 结构中的典型梁的非弹性行为。 图 8 所示，建立这个实验装置来发展图 6a 和图 6b 所示的机构学。轴心装置附以 3 个 2438mm1219mm1219mm（ 8ft4ft4ft） RC 块。并用 24 个 32mm 径的杆与实验室的地板固定。这种装置允许在每次测验后换实
9、验样品。 根据实验 布置的动力学要求，随着侧面的元件放置，轴向的元件，元件 1 和元件 2，将钉到 B 和 C 中去，如图 8 所示。因此，轴向元件提供的轴向力 P 可以被分解为相互正交的力的组合， axialP 和 lateralP ，由于轴向力的倾斜角度不超过3.0 ，因此 axialP 近似等于 P。然而，侧向力分量， lateralP ，引起了一个在梁柱交接处的附加 弯矩。如果轴向元件压试样的话，那么 lateralP 将会加到侧向力中，若轴向是拉力，对于侧向元件来说则是个反向力。当轴向元件有个侧向位移 ，他们将在梁柱交接处引起一个附加弯矩，因此，梁柱交接处的弯矩等于： M=HL+P
10、其中 H 是侧向力， L 是力臂， P 是轴向力， 是侧向位移。 四个梁柱结点全尺寸实验做完了。拉伸试样检测的结果和构件尺寸见表 2。所有柱和梁的钢筋为 A572 标号 50 钢（yF=344.5Mpa）。经测定的梁翼缘屈服应力值等于 372Mpa（ 54ksi），整体的强度范围是从 502Mpa（ 72.8ksi）到 543Mpa（ 78.7ksi）。 表 3 列出了各个试样的全截面和 RBS 中间变截面处的塑性弯矩值（受拉应力下的数据）。 本文所指的试样专指试样 1 到 4。被检试样 细部图 见图 9 到图 12。在设计梁柱结点时用到了以下数据： 梁翼缘部分采用 RBS 结构。配备 环形掏
11、槽 ，如图 11 和图 12 所示。对于所有的试样，切除 30%翼缘宽度。切除工作做的十分精细，并打磨光滑且与梁翼缘保持平行以尽量见效切口。 应用全焊接腹板结点。梁腹板与柱翼缘之间的结点采用全焊缝焊接（ CJP）。所有 CJP 焊接严格依照 AWS D1.1 结构焊接规范。 采用双 侧板 加 CJP 形式连接梁翼缘的顶部和底部和柱表面到变截面开始处，如图 11 和图 12。侧板尾部打磨光滑以便同 RBS 连接。侧板采用 CJP 形式与柱边缘相连接。侧板的作用是增加受弯单元的承受能力，平稳过渡是为了减少应力集中而导致的破裂。 两根 纵向的加劲肋， 95mm35mm（ 3 3/4in 1 3/8 in），以 12.7mm 的 角焊缝焊接到腹板中间高度，如图 9 和 10。加劲肋采用 CJP 的形式焊接到柱的边缘。 切除梁翼缘顶部和低部的 坡口焊缝 处的焊接部分。以便消除 坡口焊 接断口处可能产生的断裂。 除去翼缘低部的 衬垫板条 。以便消除 衬垫板条 带来的断口效应并增加安全性。 使用与梁翼缘厚度近似相同的连续板。所有试样板厚均为一英寸。 由于 RBS 是受检试样最容易区分的特征，纵向的加劲肋在延缓 局部弯曲 和提高可靠性方面扮演着重要的角色。
