结构损伤对T型圆钢管环口板加固的影响

张宝峰 刘 凯 张登凯 申传瑞 赵 晖

(1.山东科技大学，山东 青岛 266590； 2.临沂市规划建筑设计研究院，山东 临沂 276000)



结构损伤对T型圆钢管环口板加固的影响

张宝峰1刘 凯1张登凯2申传瑞1赵 晖2

(1.山东科技大学，山东 青岛 266590； 2.临沂市规划建筑设计研究院，山东 临沂 276000)

制作了5个T型圆钢管节点构件，对各个构件进行了静力荷载试验，分析了结构损伤对T型圆钢管环口板加固的影响，结果表明：环口板尺寸越大，受到的结构损伤影响越明显。

圆钢管，环口板加固法，静力荷载，承载力

0 引言

圆钢管结构由于其轻质壁薄，经济美观，方便安装等优点广泛应用于体育场、火车站、海洋平台等结构中。其组成通长是将一个管径较大的管通长，将一个或几个管径较小的管通过坡口融透焊的形式焊接在主管上。其中管径较大的管称为主管，管径较小的管称为支管。由于管节点支管处的轴向刚度大于主管处的径向刚度，因此关节点的破坏通常是主支管相交处以焊趾为轮廓线的主管凹陷变形。

为了增强管节点的性能，常常用增强节点主管的径向刚度的方式来增强承载力，增强方法主要包括环口板加固[1-3]、内置加劲环加固[4-7]、内置插板加固[8,9]、主管局部加厚加固[10]和垫板加固[11-13]等几种形式。在这些方法中环口板加固法是唯一既可以在设计期间就进行加固又可以对服役期的结构进行加固的加固方式，因此得到了广泛应用和深入研究。

目前环口板加固法主要研究方向在于其静承载力和滞回性能。而对于损伤对加固的影响较少，因此本文对5个构件进行静承载力试验，研究构件的损伤对环口板加固效果的影响。

1 试验设置

1.1 构件制作和编号

本次试验使用5个T型圆钢管节点构件，其中有一个构件不进行加固作为对比构件，两个构件分别用不同尺寸的环口板进行加固后再施加荷载，观察其极限承载力，剩下两个构件先进行相同程度的损伤后，再分别焊接两个尺寸的环口板并施加荷载，观察其极限承载力。分析环口板加固构件因损伤而少提高的承载力值。

主支管通过坡口熔透焊焊接在一起，焊接前在构件支管处打坡口，然后再焊接在一起。

环口板使用角焊缝和主管与支管焊接在一起，构件的尺寸如图1所示。同时为了保证焊缝的质量，也为了保证实验数据的准确性，对T型节点相关处的坡口熔透焊使用超声波技术进行检测，确定没有焊接缺陷后再进行试验。

构件的尺寸和编号如表1所示。

表1 构件尺寸表 mm

同时为了保证试验数据的准确性，对试验构件进行了材料性能试验，测试方法依据国家标准GB/T 228—2002金属材料室温拉伸试验方法的有关规定进行，对构件主管、支管、环口板各做三个材料性能试验构件进行测量，结果取平均值。所得结果如表2所示。

表2 构件材料性能表

1.2 试验设备及装置

本次试验在山东科技大学防震减灾实验室进行，加载装置使用50 t位级FCS液压伺服器。本机器可以通过位移控制和荷载控制两种方式进行加载，位移控制的最大变动量是±250 mm，荷载控制最大可以加到50 t。

本次试验的采集仪统一使用东华TH-5922型采集仪。把荷载传感器、位移计、应变片通过桥盒了解到采集仪上，各灵敏度由厂家提供，如图2所示。

经过近6年来的《内经》教学模式探索，笔者发现，教师单纯依靠说教和精彩的课堂展示已经不能从根本上提高学生学习经典的兴趣，按照“诵读-研习-实践”三步曲的连贯性教学法，有效的将形成性评价融入其中才能够真正调动起学生的主观能动性，本文将近五年利用这种教学法在《内经》教学中的实践进行一个总结，以供参考。

试验过程中，把圆钢管构件通过螺栓固定在固定板上，再把固定板通过螺栓固定在固定支座上。固定板和试验过程的图如图3,图4所示。

1.3 加载制度

本次试验使用位移和荷载控制两种加载方式。对于未加固构件1号和直接加固构件2号，4号，先使用荷载控制，观察试验曲线，进入塑性后改用位移控制，施加轴向压力，直至试验结束。荷载控制的加载力度为30 kN/min，位移控制的力度7 mm/min。

对于损伤后加固构件3号,5号，首先使用位移控制把构件压到极限位移Δu(通过构件1号的曲线可以得知)的1.4倍，即1.4Δu。拿下来加固后再同构件2号，4号一样通过荷载控制和位移控制两种方式压坏。

2 试验过程及分析

2.1 试验过程及现象

为了观察试验中构件的变形，提前在构件上打好了黑色网格。图5是构件1号在轴向荷载下的破坏模式，从图中可以看出，未加固构件1号的破坏主要发生在主支管相贯处的焊趾位置，是以焊趾为轮廓线的凹陷变形，这是因为T型圆钢管节点构件的支管轴向刚度远远大于主管的径向刚度，因此破坏是主管径向向里凹陷的破坏。

图7分别是构件3号，5号在损伤后焊接环口板后的破坏模式。之前打的格子因焊接环口板而变黑，但是依旧可以观察到，构件在损伤阶段产生的塑性变形依然存在，在主支管相交处可以看到明显的凹陷，但是在环口板与主管相交处依然存在明显的凹陷变形，说明环口板仍然起到加固作用，增加了主管的径向刚度，破坏向径向刚度较弱的环口板与主管相交处转移。

2.2 数据对比分析

通过采集仪测得的数据画出每个构件的荷载位移曲线。把各构件荷载的最大值作为极限荷载，对应的位移作为极限位移。

图8a)是构件1号，2号，4号的荷载位移曲线，1号的极限承载力为168.00 kN，使用141 mm环口板加固后的极限承载力为207.25 kN，增加了23.36%，加固效果明显。184 mm环口板加固后极限承载力为229.75 kN，增加了36.76%，说明环口板尺寸越大加固效果越明显。

图8b)是构件1号～3号的荷载位移曲线，可以发现损伤后加固构件3号的承载力依然得到了提高，达到了190.23 kN，相比于未加固构件1号已经提高了13.23%，相比于未损伤同尺寸环口板加固构件2号，少提高了10.13%的承载力。

图8c)是构件1号，4号，5号的荷载位移曲线，损伤后加固构件4号的承载力依然得到了提高，达到了209.60 kN，相比于未加固构件1号已经提高了24.76%，相对未损伤同尺寸环口板加固构件5号少提高了12.00%。

可见构件在损伤后进行环口板加固，构件的极限承载力依然可以得到提高。这说明环口板加固法适用于服役期间的结构。同样程度的损伤对不同尺寸环口板加固效果的影响不同，对于141 mm的环口板，损伤加固构件相对于直接加固构件少提高了10.13%的承载力，而对于184 mm的环口板，则少提高了12.00%。

3 试验结论

通过5个T型圆钢管构件在静力荷载作用下的试验，可以得到以下结论：1)环口板加固法可以有效的提高节点的极限承载力，且环口板尺寸越大，加固效果越好;2)构件受损后，环口板依然可以提高节点的极限承载力，但是较直接加固构件提高较少;3)同等程度的损伤对不同尺寸环口板加固效果的影响不同，环口板尺寸越大受损伤影响越明显。

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Impact of structural damage upon T-style circular steel-tube collar-plate reinforcement

Zhang Baofeng1Liu Kai1Zhang Dengkai2Shen Chuanrui1Zhao Hui2

(1.ShandongUniversityofScience&Technology，Qingdao266590,China;2.LinyiAcademyofPlanningBuildingDesign,Linyi276000,China)

The thesis makes 5 T-style circular steel-tube joint components, carries out static load test for various components, and analyzes the impact structural damage upon T-style circular steel-tube collar-plate. Results show that: as the collar-plate size increasing, the structural damage impact will be more obvious.

circular steel-tube, collar-plate reinforcement method, static load, bearing capacity

1009-6825(2017)10-0044-03

2017-01-20

张宝峰(1990- )，男，在读硕士； 刘 凯(1988- )，男，在读硕士； 张登凯(1989- )，男，助理工程师； 申传瑞(1991- )，男，在读硕士； 赵 晖(1989- )，男，助理工程师

TU318

A