建筑工程方向外文翻譯及原文-受彎鋼框架結(jié)點(diǎn)在變化軸向荷載和側(cè)向位移的作用下的周期性行為

1、<p><b>　　中文2937字</b></p><p><b>　　外文翻譯及原文</b></p><p>　　摘自：journal of Constructional Steel Research.Volume 59,Number 1,January 2003</p><p>　　受彎鋼框架結(jié)點(diǎn)在變化軸向&

2、lt;/p><p>　　荷載和側(cè)向位移的作用下的周期性行為</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　這篇論文討論的是在變化的軸向荷載和側(cè)向位移的作用下，接受測(cè)試的四種受彎鋼結(jié)點(diǎn)的周期性行為。梁的試樣由變截面梁，翼緣以及縱向的加勁肋組成。受測(cè)試樣加載軸向荷載和側(cè)向位移用以模擬側(cè)向荷載對(duì)組合梁抗彎系統(tǒng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明試樣在旋轉(zhuǎn)

3、角度超過(guò)0.03弧度后經(jīng)歷了從塑性到延性的變化?？v向加勁肋的存在幫助傳遞軸向荷載以及延緩腹板的局部彎曲。</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　為了評(píng)價(jià)變截面梁（RBS）結(jié)點(diǎn)在軸向荷載和側(cè)向位移下的結(jié)構(gòu)性能，對(duì)四個(gè)全尺寸的樣品進(jìn)行了測(cè)試。這些測(cè)試打算評(píng)價(jià)為舊金山展覽中心擴(kuò)建設(shè)計(jì)的受彎結(jié)點(diǎn)在滿足設(shè)計(jì)基本地震等級(jí)（DBE）和最大可能地震等級(jí)（MCE

4、）下的性能?；谏鲜龆龅膶?duì)RBS受彎結(jié)點(diǎn)的研究指出RBS形式的結(jié)點(diǎn)能夠獲得超過(guò)0.03弧度的旋轉(zhuǎn)角度。然而，有人對(duì)于這些結(jié)點(diǎn)在軸向和側(cè)向荷載作用下的抗震性能質(zhì)量提出了懷疑。</p><p>　　舊金山展覽中心擴(kuò)建工程是一個(gè)3層構(gòu)造，并以鋼受彎框架作為基本的側(cè)向力抵抗系統(tǒng)。Fig.1是一幅三維透視圖。建筑的總標(biāo)高為展覽廳屋頂?shù)淖罡唿c(diǎn)，大致是35.36m（116ft）。展覽廳天花板的高度是8.23m（27ft），層

5、高為11.43m（37.5ft）。建筑物按照1997統(tǒng)一建筑規(guī)范設(shè)計(jì)。</p><p>　　框架系統(tǒng)由以下幾部分組成：四個(gè)東西走向的受彎框架，每個(gè)電梯塔邊各一個(gè)；四個(gè)走向的受彎框架，在每個(gè)樓梯和電梯井各一個(gè)的；整體分布在建筑物的東西兩側(cè)?？紤]到層高的影響，提出了雙梁抗彎框架系統(tǒng)的觀念。</p><p>　　通過(guò)連接大梁， 受彎框架系統(tǒng)的抵抗荷載的行為轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)傾覆力矩部分地被梁系統(tǒng)的軸向壓

6、縮-拉伸分擔(dān)，而不是僅僅通過(guò)梁的彎曲。結(jié)果，達(dá)到了一個(gè)剛性側(cè)向荷載抵抗系統(tǒng)。豎向部分與梁以聯(lián)結(jié)桿的形式連接。聯(lián)結(jié)桿在結(jié)構(gòu)中模擬偏心剛性構(gòu)架并起到與其相同的作用。通常地聯(lián)結(jié)桿都很短，并有很大的剪彎比。</p><p>　　在地震類(lèi)荷載的作用下，CGMRFS梁的最終彎矩將考慮到可變軸向力的影響。梁中的軸向力是切向力連續(xù)積累的結(jié)果。</p><p>　　2．CGMRF的解析模型</p>

7、;<p>　　非線性靜力推出器模型是以典型的單間CGMRF模板為指導(dǎo)。圖2展示了模型的尺寸規(guī)格和多個(gè)部分。翼緣板尺寸為28.5mm254mm（1 1/8in10in），腹板尺寸為9.5mm476mm（3/8in18 3/4in）。推進(jìn)器模型中運(yùn)用了SAP 2000計(jì)算機(jī)程序。框架的特色是全約束（FR）。FR受彎框架是一種由結(jié)點(diǎn)應(yīng)變引起的撓度不超過(guò)側(cè)向撓度的5%的框架。這個(gè)5%僅與梁-柱應(yīng)變有關(guān)，而與柱底板區(qū)應(yīng)變引起的框架應(yīng)

8、變無(wú)關(guān)。</p><p>　　模型通過(guò)屈服應(yīng)力和匹配強(qiáng)度的期望值來(lái)運(yùn)行。這些值各自為372Mpa（54ksi）和518Mpa（75ksi）。Fig.3顯示了塑性鉸的荷載-應(yīng)變行為是通過(guò)建筑物地震恢復(fù)的NEHRP指標(biāo)以廣義曲線的形式逼近的。y以Eps5.1和5.2為基底運(yùn)算，如下：</p><p>　　P-M鉸合線荷載-應(yīng)變模型上的點(diǎn)C，D和E的取值如表5.4</p><

9、p>　　y以0.01rad為幅度取值見(jiàn)表5.8。切變鉸合線荷載-應(yīng)變模型點(diǎn)C，D和E取值見(jiàn)表5.8。對(duì)于連續(xù)梁，假定兩個(gè)模型點(diǎn)B和C之間的形變硬化比有3%的彈性比。</p><p>　　用下面的公式計(jì)算彎矩與軸向荷載之間的相互關(guān)系</p><p>　　是期望彎矩強(qiáng)度，是RBS塑性模量，是材料的屈服強(qiáng)度，P是梁中的軸向力，是RBS屈服力，等于。梁的最終彎曲能力和模型的連續(xù)行見(jiàn)圖1。&l

10、t;/p><p>　　Fig.4定性的給出了側(cè)向荷載下的CGMRF中的彎矩，切應(yīng)力和正應(yīng)力的分布。其中切應(yīng)力和正應(yīng)力對(duì)梁的影響要小于彎矩的作用，盡管他們必須在設(shè)計(jì)中加以考慮。內(nèi)力分布圖解見(jiàn)Fig.5，可見(jiàn)，彈性范圍和非彈性范圍的內(nèi)力行為基本相同。內(nèi)力的比值將隨框架的屈服和內(nèi)力的重分布的變化而變化?；緝?nèi)力圖見(jiàn)Fig.5，然而，仍然是一樣的。</p><p>　　非靜力推進(jìn)器模型的運(yùn)行通過(guò)柱子頂

11、部的側(cè)向位移的單調(diào)增加來(lái)實(shí)現(xiàn)，如Fig.5所示。在四個(gè)RBS同時(shí)屈服后，發(fā)生在腹板與翼緣端部的豎向的統(tǒng)一屈服將開(kāi)始形成。這是框架的屈服中心，在柱子被固定后將在柱底部形成塑性鉸。Fig.7給出了基本切應(yīng)力偏移角。圖中還給出了框架中非彈性活動(dòng)的次序。對(duì)于一個(gè)彈性組成，推進(jìn)器將有一個(gè)特有的很長(zhǎng)的過(guò)渡（同時(shí)形成塑性鉸）和一個(gè)很短的屈服平穩(wěn)階段。</p><p>　　塑性旋轉(zhuǎn)能力，被定義為：結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度從開(kāi)始遞減到低于80%的

12、總的塑性旋轉(zhuǎn)角。這個(gè)定義不同于第9段（附錄）AISC地震條款的描述。使用Eq源于RBS塑性旋轉(zhuǎn)能力被定在0.037弧度。</p><p>　　被替代，用來(lái)計(jì)算理論屈服強(qiáng)度與實(shí)際屈服強(qiáng)度的區(qū)別（標(biāo)號(hào)是50鋼）</p><p><b>　　3．實(shí)踐規(guī)劃</b></p><p>　　如圖6所示，實(shí)驗(yàn)布置是為了研究基于典型的CGMRF結(jié)構(gòu)下的結(jié)點(diǎn)在動(dòng)力

13、學(xué)中的能量耗散。用圖中所給的塑性位移，塑性轉(zhuǎn)角，塑性偏移角，由幾何結(jié)構(gòu)，有如下：</p><p><b>　　和</b></p><p>　　這里的δ和γ包括了彈性組合。上述近似值用于大型的非彈性梁的變形破壞。圖6a表明用圖6b所示的位移控制下的替代組合能夠表示CGMRF結(jié)構(gòu)中的典型梁的非彈性行為。</p><p>　　圖8所示，建立這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝

14、置來(lái)發(fā)展圖6a和圖6b所示的機(jī)構(gòu)學(xué)。軸心裝置附以3個(gè)2438mm×1219mm×1219mm（8ft×4ft×4ft）RC塊。并用24個(gè)32mm徑的桿與實(shí)驗(yàn)室的地板固定。這種裝置允許在每次測(cè)驗(yàn)后換實(shí)驗(yàn)樣品。</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)布置的動(dòng)力學(xué)要求，隨著側(cè)面的元件放置，軸向的元件，元件1和元件2，將釘?shù)紹和C中去， 如圖8所示。因此，軸向元件提供的軸向力P可以被分解為相

15、互正交的力的組合，和，由于軸向力的傾斜角度不超過(guò)，因此近似等于P。然而，側(cè)向力分量，，引起了一個(gè)在梁柱交接處的附加彎矩。如果軸向元件壓試樣的話，那么將會(huì)加到側(cè)向力中，若軸向是拉力，對(duì)于側(cè)向元件來(lái)說(shuō)則是個(gè)反向力。當(dāng)軸向元件有個(gè)側(cè)向位移，他們將在梁柱交接處引起一個(gè)附加彎矩，因此，梁柱交接處的彎矩等于：</p><p><b>　　M=HL+P</b></p><p>　　

16、其中H是側(cè)向力，L是力臂，P是軸向力，是側(cè)向位移。</p><p>　　四個(gè)梁柱結(jié)點(diǎn)全尺寸實(shí)驗(yàn)做完了。拉伸試樣檢測(cè)的結(jié)果和構(gòu)件尺寸見(jiàn)表2。所有柱和梁的鋼筋為A572標(biāo)號(hào)50鋼（=344.5Mpa）。經(jīng)測(cè)定的梁翼緣屈服應(yīng)力值等于372Mpa（54ksi），整體的強(qiáng)度范圍是從502Mpa（72.8ksi）到543Mpa（78.7ksi）。</p><p>　　表3列出了各個(gè)試樣的全截面和RBS

17、中間變截面處的塑性彎矩值（受拉應(yīng)力下的數(shù)據(jù)）。</p><p>　　本文所指的試樣專(zhuān)指試樣1到4。被檢試樣細(xì)部圖見(jiàn)圖9到圖12。在設(shè)計(jì)梁柱結(jié)點(diǎn)時(shí)用到了以下數(shù)據(jù)：</p><p>　　梁翼緣部分采用RBS結(jié)構(gòu)。配備環(huán)形掏槽，如圖11和圖12所示。對(duì)于所有的試樣，切除30%翼緣寬度。切除工作做的十分精細(xì)，并打磨光滑且與梁翼緣保持平行以盡量見(jiàn)效切口。</p><p>　　

18、應(yīng)用全焊接腹板結(jié)點(diǎn)。梁腹板與柱翼緣之間的結(jié)點(diǎn)采用全焊縫焊接（CJP）。所有CJP焊接嚴(yán)格依照AWS D1.1結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范。</p><p>　　采用雙側(cè)板加CJP形式連接梁翼緣的頂部和底部和柱表面到變截面開(kāi)始處，如圖11和圖12。側(cè)板尾部打磨光滑以便同RBS連接。側(cè)板采用CJP形式與柱邊緣相連接。側(cè)板的作用是增加受彎單元的承受能力，平穩(wěn)過(guò)渡是為了減少應(yīng)力集中而導(dǎo)致的破裂。</p><p>

19、　　兩根縱向的加勁肋，95mm×35mm（3 3/4in ×1 3/8 in），以12.7mm的角焊縫焊接到腹板中間高度，如圖9和10。加勁肋采用CJP的形式焊接到柱的邊緣。</p><p>　　切除梁翼緣頂部和低部的坡口焊縫處的焊接部分。以便消除坡口焊接斷口處可能產(chǎn)生的斷裂。</p><p>　　除去翼緣低部的襯墊板條。以便消除襯墊板條帶來(lái)的斷口效應(yīng)并增加安全性。&l

20、t;/p><p>　　使用與梁翼緣厚度近似相同的連續(xù)板。所有試樣板厚均為一英寸。</p><p>　　由于RBS是受檢試樣最容易區(qū)分的特征，縱向的加勁肋在延緩局部彎曲和提高可靠性方面扮演著重要的角色。</p><p><b>　　4．荷載歷史</b></p><p>　　試樣被加以周期性交替的荷載，其末端的位移△y的增加如圖

21、4所示。梁的末端位移受伺服控制裝置3和4的影響。當(dāng)作用軸向力時(shí)，制動(dòng)器1和2是活動(dòng)的，以用它的受力來(lái)模擬從連接處傳到梁上的剪力。可變的軸向荷載在+0.5△y處增加到2800KN。在那以后，通過(guò)最大的側(cè)向位移，這個(gè)荷載保持恒定。在試樣被推回時(shí)，軸向力維持恒定直至0.5△y，然后減小到零，此時(shí)的試樣通過(guò)中和軸。根據(jù)本文第2部分有關(guān)軸向力受以上約束的論述，可以推斷出以P=2800KN來(lái)研究RBS負(fù)載是合理的。測(cè)試將會(huì)繼續(xù)，直至試樣損壞，或者到