第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 空腹桁架力学性能试验研究 谭坚，区彤，陈星，王湛，潘建荣”，胡淑军 （1广东省建筑设计研究院.
广州510370） （2华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广州510640） 摘要：广州亚运城综合体育馆采用了大跨度空腹析架支撑体系，结构最大跨度达92米.
为了保证使用安全性，在缺乏此类 节点的设计规范的条件下，本文设计了4中不同加劲肋形式的该类节点，对其力学性能进行试验研究，得到加劲肋布置对节 点的刚接性能，初始转动刚度，反复荷载作用下的滞回性能及破坏模式的影响.
关键词：空腹析架节点：试验分析：抗震性能 1引言 广州亚运城综合体育馆作为广州亚运城工程的重点项目，结构形式采用了较新颖的形式，其中建筑面 积最大的体操馆内环大跨度空间由纵横交错空腹桁架系统支撑，最大跨度92米，纵向空腹桁架与横向空 腹桁架连接节点采用刚接节点形式，由于目前规范没有对此类节点的计算方法，虽然节点经过有限元数值 分析，但数值计算是通过很多假定完成的，有必要对该节点进行试验，确保结构大跨度空间结构的安全性.
本文针对实际工程中出现的柱腹板加劲肋无法与梁翼缘对齐的情况设计了4种不同形式的柱腹板加劲 肋.
通过对这4种空腹桁架节点在循环荷载作用下的力学性能进行分析，根据试验所得的极限荷载、极限 位移和滞回性能等，比较了4种节点的性能，并在工程中的选取、制作和使用中提出了相应的建议.
2试验模型及循环加载方案 2.1试件设计 本试验共4组试件，每组两个相同试件.
不同组的试件梁柱外形尺寸完全相同，只在节点区加劲肋形 式不同.
梁均采用箱型截面B400X250X14X14.柱均采用箱型截面B450X250X14X14.其中D型节点为常 规加劲型节点，在梁上下翼缘处设置加劲肋，由于实际工程中加劲肋无法与梁翼缘对齐，加劲肋与翼缘错 开50mm.
A，B，C型节点则在常规加劲的基础上设置了其他不同形式的加劲肋，详见图1.
试件尺寸见 表1.
构件均采用Q345钢才制造，材性实验结果见表2. 表1各试件的加劲肋布置参数 节点编号 加劲肋厚度 加劲助布置 加劲肋个数 A 14 梁腹板纵向 22 B 14 梁柱外表面 42 14 梁上下翼缘 22 D 14 常规加劲 2 注：1.对于A，B，C节点加劲助个数项，前一个数字表示额外设置的加动助的个数，后一个表示常规加劲助个数.
2.尺寸单位为mm
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 表2材料性能经验数据表 材料 屈服强度（MPa） 极限强度（MPa） 弹性模量（MPa） Q345 336 508 2.04e5 BL (a)试件A (b）试件B （c）试件C (d)试件 D 2.2加载方案 采用液压千斤顶进行加载，两台液压千斤顶分别用于在梁端提供向左和向右的侧向力，千斤顶加载中 心点距离梁端11cm，梁端位移计也布置在此高度.
在侧向加载同时，对箱型柱施加100kN轴向荷载.
加 载设备及安装如图2所示.
试件届服前按照力控制加载，在屈服荷载前分数次加载，（试验过程中需多次 试载以寻找构件屈服点）：试件屈服后，用位移控制加载，原则上每一加载级为屈服位移的0.25倍，每一 级加载3次.
不同试验试件在试验时则略有不同，详见表3.
在试验室需取得试件的屈服荷载和极限荷载等数据本次试 验数据采集系统能实时采集到试件的荷载一位移曲线.
以及应 变数据，以荷载一位移曲线的曲率发生明显变化的点及大部分 应变片达到屈服应变为判断准则，判断屈服荷载.
极限荷载则 以荷载一位移曲线最高点为准.
由于试验所记录应变数据在弹 性段即显示出较大离散性，本次试验所取得应变数据仅用于判 断试件的屈服点，不作为构件应力分析的根据.
图2节点加载现场图
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 表3各试件的加载制度 试件编号 弹性段力控制加载 屈服后位移控制加载 A1 ±100kN ±150kN ±200kN ± ± y，±1.25 y，±1. 5y各加 250kN，±300kN各加载3次 载3次 A2 ±200kN ±250kN ±300kN 各 ± y，±1.25 y，±1. 5 y 各加 加载3次 载3次 B1 ±200kN加载1次 ± y ±1.25 ay ±1. 5 △y 各加 载3次 B2 ±100kN ±200kN 各加骏3 次 ± y， ±1.25 △y， ±1. 5 y. ± 1.75y各加载3次 10 ±200kN 加载1次 ±y，±2y，±3y各加3 次 ±y. ±1.5y. ±2. 0y ± C2 ±200kN 加载1次 2.25 y. ±2.5 y ±2.75y 各加载3次 D1 ±100kN 加载1次 ±△y. ±1.5y ±2. 0 y ± 2.25△y，各加载3次 ±y， ±1.25 y， ±1.5y ± D2 ±50kN 加载1次 2 △y，±2.5y，±3y各加载 3 次 试验过程中，需始终保持循环加载的均匀性和连续性，且正、反向加载和卸载速度保持一致，以保证 所采集数据的稳定性.
实验过程中采集位移及荷载等数据，得到节点的滞回曲线，位移计布置见图3.其中1.2号位移计用 于测量梁端位移，5.6号位移计用于测量柱的弯曲，7号位移计用于测量节点整体侧移.
另外在计算梁端塑 性转角时须减去梁的弹性变形造成的位移.
- 图3位移计布置图
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 2.3试验过程及破坏形态 各构件的破坏过程如下： 1）A1破坏过程：在达到屈服荷载之前对A1节点用力控制加载，在此阶段荷载与梁端位移基本成线 性关系.
当达到屈服荷载时，梁柱连接处角部焊缝沿梁属缘出现微裂缝.
随着加载的进行，裂缝不断开展， 屈服位移第三圈加载时，裂缝沿梁翼缘贯通.
在此过程中结构的承载力仍有一定的增长，到达极限承载力 之后，荷载开始下降.
1.5倍屈服荷载第二圈加载时，有巨响产生，梁柱连接处焊缝完全断开，承载力降 至极限承载力的85%以下，结构破坏.
在试验完成之后，剖开箱型柱，可见梁腹板对应的加劲肋与柱的连 接焊缝断裂.
2）A2破坏过程：在达到屈服荷载之前对A2节点用力控制加载，在此阶段荷载与梁端位移基本成线 性关系.
当达到屈服荷载时，梁柱连接处角部焊缝沿梁翼缘出现微裂缝.
随着加载的进行，裂缝不断开展， 1.25倍屈服位移第二圈加载时，裂缝沿梁翼缘贯通.
在此过程中结构的承载力仍有一定的增长.
1.5倍屈 服荷载第二圈加载时，有巨响产生，梁柱连接处焊缝完全断开，承载力降至极限承载力的85%以下，结构 被坏.
3）B1破坏过程：在达到屈服荷载之前对B1节点用力控制加载，在此阶段荷载与梁端位移基本成线 性关系.
当达到届服荷载时，梁柱连接处角部焊缝沿梁灵缘即出现较大裂缝.
1.25倍屈服位移第一圈时节 点达到极限承载力.
随着加载的进行，裂缝不断开展，1.25倍屈服位移第三圈加载时，出现巨响声，裂缝 沿梁翼缘与梁柱均成45度角贯通.
此时结构承载能力尚未降低至极限承载力的85%.
1.5倍屈服荷载第二 圈加载时，产生第二声巨响，梁柱连接处焊缝完全断开，承载力降至极限承载力的85%以下，结构破坏.
4）B2破坏过程：在达到屈服荷载之前对B2节点用力控制加载，在此阶段荷载与梁端位移基本成线 性关系.
当达到屈服荷载时，梁柱连接处角部焊缝沿梁灵缘出现较明显裂缝.
屈服荷载即极限荷载，之后 承载力开始下降.
随着加载的进行，裂缝不断开展，1.25倍屈服位移第三圈加载时，发生巨响，裂缝沿梁 翼缘与梁柱均成45度角贯通.
此时结构承载能力尚未降低至极限承载力的85%.
1.5倍屈服荷载第三圈加 载时，产生第二声巨响，梁柱连接处焊缝完全断开，承载力降至极限承载力的85%以下，结构破坏.
5）C1加载过程：在达到屈服荷载之前对C1节点用力控制加载，在此阶段荷载与梁端位移基本成线 性关系.
当达到屈服荷载时，梁柱连接处角部焊缝沿梁翼缘未出现肉眼可见裂缝.
随着加载的进行，节点 承载力仍有一定的提升，刚度退化不明显.
2倍屈服位移第一圈加载时，出现肉眼可见裂缝.
3倍屈服荷 载第一圈加载时，有巨响产生，梁柱连接处焊缝完全断开，承载力降至极限承载力的85%以下，结构破坏.
在试验完成之后，剖开箱型柱，可见梁腹板对应的加劲肋与柱的连接焊缝断裂.
6）C2加载过程：在达到屈服荷载之前对C2节点用力控制加载，在此阶段荷载与梁端位移基本成线 性关系.
当达到屈服荷载时，梁柱连接处角部焊未出现肉眼可见裂缝.
2倍屈服位移第一圈加载时，出现 微裂缝.
在此过程中结构的承载力仍有一定的增长，2.5倍屈服荷载第一圈加载时，有巨响产生，梁柱连 接处焊缝完全断开，承载力降至极限承载力的85%以下，结构破坏.
7）D1加载过程：在达到屈服荷载之前对D1节点用力控制加载，在此阶段荷载与梁端位移基本成线 性关系.
当达到屈服荷载时，梁柱连接处角部焊缝沿梁翼缘出现微裂缝.
随着加载的进行，裂缝不断开展， 1.5屈服位移第二圈加载时，裂缝沿梁灵缘贯通.
在此过程中结构的承载力仍有一定的增长，到达极限承 载力之后，荷载开始下降.
整个加载过程中为见巨响，仅有焊缝撕裂声，梁柱连接处焊缝完全断开后，承 载力降至极限承载力的85%以下，结构破坏.
8）D2加载过程：在达到屈服荷载之前对D2节点用力控制加载，在此阶段荷载与梁端位移基本成线 性关系.
当达到屈服荷载时，梁柱连接处角部焊缝沿梁翼缘出现微裂缝.
随着加载的进行，裂缝不断开展， 承载力仍有所提高，直至3倍届服位移第二圈加载时，有巨响产生，焊缝完全断开.
承载力降至极限承载 力的85%以下，结构破坏.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 EO/S0FE102 （a）试件a焊缝破坏 （b）试件b焊缝破坏 （c）试件c焊缝破坏 （d）试件d焊缝破坏 图4各试件焊缝破坏图 本次试验的4型8个节点的破坏模式一致，均起于梁柱连接处梁翼缘坡口焊缝的开裂，终于该处焊缝 的突然断裂，梁端未形成塑性铰.
3试件的滞回性能分析 各试件的滞回曲线如图5所示，各性能参数值如表4.
A型节点在梁腹板对应处设置加劲肋，起到了很好的加劲作用，使得大部分加劲肋及梁翼缘、腹板参 与受力.
A型节点具有最大的初始转动刚度，屈服荷载和极限荷载，但耗能能力和延性都较差.
B型节点在梁柱相交处对梁柱翼缘进行贴板加劲，试验结果证明这种方法在弹性段起到了一定的作用， 但是带来了屈服后节点性能的恶化，对于极限承载力的提高不如A、C节点明显.
B型节点的耗能能力及 延性是这4中节点中最差的.
承载力有一定的提高，但不如A节点明显：C节点的优势在于，相比其他3种节点，其耗能能力和延性都 是最好的，特别是塑性转角达到0.03rad，满足抗震指标要求[2].
D型节点为常规加劲型节点，作为对照组.
其初始刚度和极限承载力均为4中节点中最低的.
由于加 5
