双肢冷弯C型钢节点抗震性能研究

张花花

摘 要 冷弯C型钢节点的材料相对利用率高，其结构体系自重轻、制作安装便捷，现已被广泛应用于房屋建筑结构，在市场中的占有率呈现逐年上升的趋势。基于此，文章简述了节点抗震性能的研究方案，并对节点的抗震性能进行了分析，希望能够为冷弯C型钢节点材料的后期使用提供依据。

关键词 冷弯C型钢 斜节点 抗震性能 试验研究

中图分类号：TU392.5 文献标识码：A

0引言

冷弯型钢是高效截面型钢，其具有承载力高、整体刚度大以及节省材料等优势，在建筑物的次要称重构件中得到了广泛应用，比如，檩条、墙梁、墙柱、屋面板、墙面板及楼面组合板等构件。现阶段，冷弯型钢主要被用于承重构件建造多层及高层建筑中，逐步形成了冷弯型钢结构体系，而节点是冷弯型钢结构体系的重要组成部分，也是结构传力体系的核心构件，在建筑业的发展中发挥着重要作用。

1斜节点抗震性能研究方案

1.1斜节点参数设计

通常情况下，斜节点的抗震性能研究主要采用低周往复荷载下的拟静力试验和ANSYS有限元分析相结合的方法。斜节点试件选取梁、柱反弯点之间的单元，夹角为100型钢组成，采用8.8级M16摩擦型高强螺栓与节点板连接，形成同时传递剪力和弯矩的半刚性节点。C型钢和节点板均采用Q235钢，接触面清除浮锈。在节点试件尺寸设计过程中，梁柱C型钢截面相同，并遵循“强柱弱梁”的原则，一般取柱C型钢厚度为3mm，大于梁C型钢的厚度。根据节点域排列螺栓的间距不同，取梁长为760mm到840mm，柱长为1160mm到1240mm。试件构造及几何尺寸如图1所示。研究发现，节点板厚度可能是影响节点破坏形态的主要因素，而螺栓间距直接决定了节点域的大小，因此，在试验试件设计时主要考虑节点板厚度和螺栓间距这两个参数，在有限元分析过程中，扩充了梁C型钢厚度和腹板高度两个参数。

1.2斜节点抗震试验方案

为了防止试件非加载端出现平面内的转角或位移，在该位置采用限位梁、压梁和混凝土垫块来进行约束。水平荷载的施加采用30t油压千斤顶，利用荷载传感器控制加载数值。千斤顶两端与反力墙和试件加载铰采用铰接构造。在加载端设置了两根水平限位轨道梁，使试件只能在平面内受荷，限位梁与试件之间留出5mm的间隙。斜节点拟静力试验采用屈服前力加载，屈服后位移加载的混合分级加载控制，力加载每级3kN，循环2次；位移加载步长按照估算的屈服位移进行确定，循环3次。

2节点抗震性能分析

2.1破坏形态分析

通过试验和有限元分析发现，所有节点的破坏形态主要有节点板弯扭屈曲和梁C型钢弯曲屈曲两种形态。分析可知，所有节点板厚度为4mm的节点和2个节点板厚度为6mm且C型钢较厚或较高的节点发生节点板弯扭屈曲破坏，说明节点板厚度是影响节点破坏形态的主要因素。以试件T-2和M-2为例，对节点的破坏现象进行分析。试件T-2发生节点板弯扭屈曲破坏。加载初期，T-2各部位并无明显的变形，当加载到一定荷载时，C型钢在靠近节点板边缘处截面有测点屈服，函数记录仪所绘制的曲线出现第一个拐点；荷载值不断增加的情况下，节点板受压区中部发生鼓曲，出现较大的弯扭变形，荷载开始下降，节点板和C型钢在最外排螺栓处的测点均已屈服。

2.2抗震性能指标分析

通过分析可知：所有节点刚度退化规律基本类似，初期曲线基本为直线型，节点域转角变形较小，是可恢复的弹性变形，此时刚度退化不明显；中期接近极限荷载前，曲线不再为直线，节点域转角变形渐渐增大，属于部分可恢复的弹塑性变形，这种情况下刚度得到明显的退化，且退化速度较快；后期塑性变形逐渐积累，达到破坏荷载时，节点刚度退化又慢慢趋于平缓，最终退化为初始刚度的10%左右。各因素对节点刚度退化影响程度有很大区别，在刚度退化较明显的阶段，发生节点板弯扭屈曲的节点曲线出现了明显的转折，呈现出严重的刚度退化。

3结束语

综上所述，破坏形态对斜节点的抗震性能影响很大，而节点板厚度的取值决定了斜节点的破坏形态。发生节点板弯扭屈曲破坏的节点的各项抗震指标都明显低于发生梁C型钢弯曲屈曲破坏的节点，最大的差别将近2倍，刚度等退化情况也比较严重。同时，设计的参数中腹板高度、梁C型钢厚度和螺栓间距对节点的抗震性能有较大的影响。

参考文献

[1] 陈明，李梦祺，马晓飞，孙芳芳.双肢冷弯C型钢斜节点抗震性能研究[J].工程力学，2015，32（03）：192-202.

[2] 陳明，孙芳芳.双肢冷弯C型钢门式刚架节点抗震性能研究[J].工程抗震与加固改造，2015，37（02）：83-89+82.