肖自鋼畢業(yè)翻譯文本

1、本科生畢業(yè)論文參考文獻(xiàn)譯文本 譯文出處：Ana M.G C, Frans S.K. B. Experimental behaviour of high strength steel end-plate connections J. Journal of Constructional Steel Research, 2007, 63(9): 1228-1240. 院 系 土木工程與力學(xué)學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 土木1103 姓 名 肖 自 鋼 學(xué) 號(hào) U201115311 指導(dǎo)教師 高 飛 2015 年 3 月一、 譯文內(nèi)容須與課題（或?qū)I(yè)內(nèi)容）聯(lián)系，并需在封面注明詳細(xì)出處。二、 出處格式為圖書：作者.書

2、名.版本（第版）.譯者.出版地：出版者，出版年.起頁止頁期刊：作者.文章名稱.期刊名稱，年號(hào)，卷號(hào)（期號(hào)）：起頁止頁三、 譯文不少于5000漢字（或2萬印刷符）。四、 翻譯內(nèi)容用五號(hào)宋體字編輯，采用A4號(hào)紙雙面打印，封面與封底采用淺藍(lán)色封面紙（卡紙）打印。要求內(nèi)容明確，語句通順。五、 譯文及其相應(yīng)參考文獻(xiàn)一起裝訂，順序依次為封面、譯文、文獻(xiàn)。六、 翻譯應(yīng)在第七學(xué)期完成。譯文評(píng)閱導(dǎo)師評(píng)語應(yīng)根據(jù)學(xué)?！白g文要求”，對(duì)學(xué)生譯文翻譯的準(zhǔn)確性、翻譯數(shù)量以及譯文的文字表述情況等做具體的評(píng)價(jià)后，再評(píng)分。評(píng)分：_（百分制） 指導(dǎo)教師（簽名）：_ 年 月 日高強(qiáng)鋼端板連接的結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)研究摘要：近年來，工程施工中

3、高強(qiáng)度鋼材的使用給結(jié)構(gòu)工程師們帶來了新的挑戰(zhàn)?？紤]到高強(qiáng)鋼比普通鋼能夠提供更高的強(qiáng)度，這些挑戰(zhàn)之一就是盡量減小鋼材的橫截面積，這一做法將給工程建設(shè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。然而，較之普通軟鋼，高強(qiáng)鋼也表現(xiàn)出更高的屈服比和更加有限的變形能力。這些性能對(duì)受到異常負(fù)載產(chǎn)生非彈性變形的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是尤其重要的。在這種情況下，構(gòu)件和連接都需要有足夠的延展性。特別是構(gòu)件之間的連接處，這個(gè)區(qū)域的材料需要更高的變形要求。為了解決這些難題，本文對(duì)高強(qiáng)鋼S690端板剛性連接進(jìn)行了試驗(yàn)研究。這項(xiàng)研究的主要貢獻(xiàn)是：（i）非線性行為的定性，（ii）對(duì)當(dāng)前歐洲規(guī)范3設(shè)計(jì)規(guī)范的驗(yàn)證以及（iii）高強(qiáng)鋼剛性連接的延展性分析。試驗(yàn)結(jié)果

4、表明，所測(cè)試的連接滿足目前設(shè)計(jì)所要求的剛度和承載抵抗力，并能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)需求。關(guān)鍵字：延性；端板連接；試驗(yàn)測(cè)試；高強(qiáng)鋼；抵抗力；轉(zhuǎn)動(dòng)能力；鋼節(jié)點(diǎn)；剛度1.引言術(shù)語小寫角焊縫厚度fu極限拉應(yīng)力fy屈服應(yīng)力h深度hii行螺栓到受壓區(qū)中心的距離kec壓剪區(qū)組件組裝等效剛度ket受拉區(qū)組件組裝等效剛度n螺栓行數(shù)t厚度x笛卡爾坐標(biāo)軸；距離z杠桿臂大寫A失效后伸長率E楊氏模量Est應(yīng)變硬化模量Fti.R塑性條件下受拉區(qū)i行螺栓期望抗力l慣性矩Lload外力作用點(diǎn)到端面的距離M彎矩Mj.R節(jié)點(diǎn)塑性設(shè)計(jì)抗彎承載力Mj.max最大彎矩MC節(jié)點(diǎn)斷裂面彎矩P集中力Sj.ini節(jié)點(diǎn)初始轉(zhuǎn)動(dòng)剛度Sj.p-l節(jié)點(diǎn)屈服后轉(zhuǎn)動(dòng)

5、剛度在過去的幾年里，鋼材承包商著重強(qiáng)調(diào)高強(qiáng)鋼構(gòu)件和連接在施工中的使用。高強(qiáng)鋼較之普通軟鋼能夠提供更高的張拉應(yīng)力、韌性、可焊性、冷成形和抗腐蝕性能。這種新型結(jié)構(gòu)鋼的產(chǎn)生歸功于鋼材制造技術(shù)的突破，特別是在鋼板生產(chǎn)過程中控制軋制和冷卻以產(chǎn)生細(xì)小晶粒組織的熱力控制處理技術(shù)。 高隆博什等指出高強(qiáng)鋼使用中的主要技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)的整體重量可顯著降低，大大節(jié)省在制造、安裝、運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場和小型基礎(chǔ)建造過程中所產(chǎn)生的費(fèi)用。高強(qiáng)鋼質(zhì)量輕且元件薄的特性在建筑和結(jié)構(gòu)美學(xué)創(chuàng)意設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，除此之外，結(jié)構(gòu)截面的減小意味著施工中鋼材的消耗少，這能帶來較好的環(huán)境效益。從力學(xué)角度來看，高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)具有較大的彈性優(yōu)勢(shì)。然而，隨著這種

6、高強(qiáng)鋼材屈服應(yīng)力的增加，其楊氏模量并沒有相應(yīng)的得到增長，這可能會(huì)帶來一些有關(guān)結(jié)構(gòu)適用性的問題。大部分鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)仍然由材料的剛度控制著，具體表現(xiàn)在滿足結(jié)構(gòu)在正常使用極希臘字母位移st應(yīng)變硬化點(diǎn)處的應(yīng)變uni均布應(yīng)變f破壞荷載時(shí)應(yīng)變值連接轉(zhuǎn)動(dòng)變形b螺栓直徑節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角C節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)能力Mj.max最大荷載下的連接轉(zhuǎn)角X彎矩承載力達(dá)到Mj.Rd時(shí)連接的轉(zhuǎn)角試驗(yàn)值Mj.R彎矩承載力達(dá)到Mj.Rd時(shí)連接的轉(zhuǎn)角分析值柱腹板節(jié)點(diǎn)域的剪切變形剛度修正系數(shù)j節(jié)點(diǎn)延性指數(shù)j.max load最大荷載下計(jì)算的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)延性指數(shù)轉(zhuǎn)角y屈服比下標(biāo)b梁；螺栓c柱d設(shè)計(jì)值DTi位移計(jì)iEC3歐洲規(guī)范3el彈性ep端板e(cuò)xp試驗(yàn)f翼

7、緣Rd純塑性條件；設(shè)計(jì)條件限狀態(tài)下的撓度和位移限值。在這種情況下，采用高強(qiáng)鋼似乎并不有利。另外，當(dāng)鋼材強(qiáng)度得到提升時(shí)，其屈曲特性變得更占優(yōu)勢(shì)，由此結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題增加。當(dāng)高強(qiáng)鋼的屈服應(yīng)力發(fā)展到最大時(shí)，此時(shí)其部件和連接均為強(qiáng)度失效，高強(qiáng)鋼的性能得到最大發(fā)揮。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該避免局部屈曲和整體屈曲現(xiàn)象的發(fā)生。 這種新型鋼建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能需要得到進(jìn)一步調(diào)查，以便有足夠信心將其應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)中。在性能評(píng)估中，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度的獲取較之變形來說更加容易、直接。當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇異常負(fù)載條件，如火災(zāi)和地震事件時(shí)，結(jié)構(gòu)的變形性能顯得尤為重要。在這些情況下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件、連接和其他細(xì)節(jié)部位的局部和整體變形能力要求

8、非常高。因此，設(shè)計(jì)師必須核查鋼材的應(yīng)變和變形，以此確保構(gòu)件和連接的變形限值符合規(guī)定的延性標(biāo)準(zhǔn)。構(gòu)件和連接的延展性是指在其極限強(qiáng)度的某一比例荷載作用下，結(jié)構(gòu)所維持的塑性變形量，延展性主要取決于：（i）該結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，（ii）幾何形狀，（iii）材料性質(zhì)。然后，還存在一些問題需要解決：（i）高強(qiáng)鋼的高屈服比會(huì)對(duì)基于材料應(yīng)變硬化性質(zhì)的非彈性穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生不利影響，并且也會(huì)影響構(gòu)件和連接的轉(zhuǎn)動(dòng)能力。（ii）高屈服應(yīng)力和屈服比所施加的長細(xì)比限制，可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)高效緊湊的結(jié)構(gòu)元件時(shí)產(chǎn)生不經(jīng)濟(jì)的情況。（iii）保證高強(qiáng)鋼構(gòu)件和連接的延性來滿足其承擔(dān)非彈性大變形的能力。在鋼框架建筑結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件之間的連

9、接區(qū)域是材料變形要求最高的地方。日益增長的高強(qiáng)材料市場需求，催生了對(duì)由高強(qiáng)鋼S690及其以上等級(jí)組成的剛性連接進(jìn)行性能研究的測(cè)試項(xiàng)目。靜態(tài)荷載下端板螺栓剛性連接的試驗(yàn)提供了該種連接類型的變形特征。因?yàn)橐粋€(gè)端板剛性連接包括若干關(guān)鍵部件，于是決定把該項(xiàng)研究集中于研究受拉區(qū)的組裝端板螺栓的單獨(dú)貢獻(xiàn)上。這些組件被模擬為等效T形連接件。先前對(duì)于類似的連接進(jìn)行的研究表明連接的變形特性主要取決于：（i）該連接的幾何形狀，特別是端板的厚度和螺栓直徑之間的比率，（ii）確保材料延展性的良好，尤其對(duì)于端板和螺栓來說，（iii）端板和螺栓承載力的比率，以及（iv）焊接質(zhì)量。 （a）結(jié)構(gòu)外形 （b）齊平式端板梁翼緣外

10、部焊接細(xì)節(jié)圖1-1 端板結(jié)構(gòu)外形 該測(cè)試項(xiàng)目包括7個(gè)螺栓端板梁柱節(jié)點(diǎn)連接，分為齊平式和外伸式端板。研究的參數(shù)為端板厚度和螺栓等級(jí)（12.9和8.8）。所有試件的失效模式都被設(shè)計(jì)為端板或螺栓破壞，避免了梁發(fā)展到全塑性彎曲變形而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的模式。本文重點(diǎn)集中于分析這種節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能，并與當(dāng)前設(shè)計(jì)規(guī)范，包括歐洲規(guī)范3的1-8章和1-12章（以下分別簡稱EC-1-8和EC-1-12）進(jìn)行了比較。除此之外，基于試驗(yàn)和先前的分析研究，文章也對(duì)高強(qiáng)鋼連接的延展性能的改進(jìn)等相關(guān)問題進(jìn)行了集中討論。 本文最后強(qiáng)調(diào)了下一步發(fā)展期望，要滿足高強(qiáng)鋼端板連接足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力和延展性能以避免脆性破壞，并簡述了未來必要的研

11、究計(jì)劃。2.測(cè)試項(xiàng)目的介紹2.1測(cè)試細(xì)節(jié)和儀器該試驗(yàn)方案主要包括3個(gè)端板節(jié)點(diǎn)測(cè)試細(xì)節(jié)。對(duì)外伸端板（EEP）和兩種不同外形的齊平式端板（F1EP和F2EP）進(jìn)行了測(cè)試（見圖1-1(a)）。第二種齊平式端板（F2EP）鋼梁的焊縫細(xì)節(jié)見圖1-1(b)。對(duì)于這種類型的齊平式端板節(jié)點(diǎn)來說，焊縫的設(shè)計(jì)基于以下假設(shè)：（i）外焊縫不從梁翼緣向端板傳遞任何荷載，（ii）內(nèi)部縫必須將力從梁翼緣傳到端板，這種傳遞效率受一個(gè)因素影響，該因素即翼緣荷載的偏心率以及焊接水平的差異。表2-1 試驗(yàn)樣件詳細(xì)參數(shù) 表2-1匯總了試驗(yàn)樣品的相關(guān)細(xì)節(jié)信息。這些樣件由一個(gè)柱梁裝置組裝而成。柱的剖面選為HE300M，可將其視為剛體，梁

12、的剖面選擇HE320A。由于熱軋型S690高強(qiáng)鋼用于試驗(yàn)研究不太經(jīng)濟(jì)，因此梁和柱的鋼材等級(jí)都定為S355J2。端板通過全強(qiáng)45度連續(xù)角焊縫焊接到梁的末端。角焊縫焊接在加工廠中完成。為手工電弧焊，需要消耗電焊條，該電焊條為基本的、柔軟的、低氫焊條CONARC 70G。采用手?jǐn)Q緊全螺紋M24螺栓，端板鉆孔直徑為26毫米。不同試件間主要有兩個(gè)變化參數(shù)，分別是端板厚度tep，螺栓等級(jí)（12.9和8.8）。外伸式端板節(jié)點(diǎn)的端板幾何形狀如圖2-1。齊平式端板節(jié)點(diǎn)的端板幾何形狀與此類似。 圖2-1 端板幾何尺寸（單位：mm） 圖2-2試驗(yàn)裝置（外伸式端板示意圖） 測(cè)試裝置的主要特征如圖2-2所示，該柱由剛性

13、地板支撐。梁短而粗，因此梁未加設(shè)加勁肋。實(shí)際上，從試驗(yàn)中觀察到在加載過程中梁并未發(fā)生側(cè)向扭轉(zhuǎn)屈曲。梁的長度選為1500毫米，以保證一方面連接處發(fā)展真實(shí)的應(yīng)力圖，另一方面某些試件的斷裂，或者說極限承載力，能夠被特定的測(cè)試裝置收集。 以下介紹完整的儀表布置情況。這些儀器的主要目的是測(cè)量（i）所施加的荷載，（ii）連接的相對(duì)位移（例如梁的撓度、組裝端板受拉梁翼緣的位移），和（iii）螺栓伸長率以及（iv）梁和端板的應(yīng)變。數(shù)據(jù)結(jié)果由能夠記錄所有測(cè)量數(shù)據(jù)的專門數(shù)據(jù)記錄裝置和測(cè)力傳感器以一秒的時(shí)間間隔所收集。數(shù)據(jù)在測(cè)試持續(xù)過程中收集。 位移通過線性變量位移傳感器（LVDT，如圖2-3）來測(cè)量，其精度為0.

14、5%。螺栓變形由專用測(cè)量支架測(cè)定，該支架由代爾夫特理工大學(xué)的斯蒂文實(shí)驗(yàn)室開發(fā)。這些裝置只布置在受拉區(qū)的螺栓上，他們可以測(cè)量伸長到螺栓斷裂的長度（最大伸長量24毫米），且不會(huì)破壞。 應(yīng)變儀采用TML YFLA-5和YEFCA-5，為屈服后應(yīng)變計(jì)，二者最大應(yīng)變分別為15%-20%和10%-15%。這些應(yīng)變儀布置在端板受拉區(qū)域，能提供該區(qū)域中的應(yīng)變分布情況（如圖2中斜體參考）。此外，該式樣在梁的翼緣和腹板也分別設(shè)有應(yīng)變計(jì)。 由于測(cè)試結(jié)果比較好，因此所有試件的應(yīng)變儀和測(cè)量裝置布置結(jié)構(gòu)相同。2.2測(cè)試過程試驗(yàn)中，一個(gè)400kN擁有200mm最大活塞進(jìn)程的液壓制動(dòng)器對(duì)位于梁上離自由端200毫米的裝置施加單

15、調(diào)遞增拉力（如圖2-2和圖2-3）。該試驗(yàn)過程由位移控制，液壓制動(dòng)器以0.016mm/s的恒定速度將位移施加到梁上直到試件失效。試驗(yàn)開始，對(duì)試件施加大小為2/3Mj,Rd的荷載，這相當(dāng)于該節(jié)點(diǎn)的理論彈性極限，其中Mj,Rd根據(jù)EC3-1-8確定，為該節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)彎曲承載力。然后，完全卸載。隨后，重新加載至節(jié)點(diǎn)失效。在第三階段中，試驗(yàn)在荷載水平為2/3Mj,Rd和Mj,Rd時(shí)中斷，在膝范圍（即彎矩-轉(zhuǎn)角曲線M-中從剛到柔的過渡部分）與此之后每組6分鐘，這相當(dāng)于一個(gè)5.8mm的位移促進(jìn)器。測(cè)試保持3分鐘以記錄準(zhǔn)靜態(tài)荷載。圖2-3 位移計(jì)定位圖（單位：mm）2.3力學(xué)性能 根據(jù)EN10002-110標(biāo)

16、準(zhǔn)對(duì)端板結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行拉力試驗(yàn)。平均實(shí)際屬性列于表2-2中。在該表中，分別給出了楊氏模量E、應(yīng)變硬化模量Est、靜態(tài)屈服和拉伸應(yīng)力fy和fu、屈強(qiáng)比y=fy /fu、應(yīng)變硬化點(diǎn)的應(yīng)變st，平均應(yīng)變uni，和斷裂荷載f。表中的應(yīng)力值都是在零應(yīng)變率下得到的靜態(tài)應(yīng)力值，及試驗(yàn)中保持不動(dòng)。螺栓材料的力學(xué)性質(zhì)根據(jù)ISO898-1999(E)來確定，其基本性質(zhì)列于表2-3中，強(qiáng)度等級(jí)分為12.9和8.8。表2-2 結(jié)構(gòu)鋼平均特征值表2-3 螺栓平均特征值3.試驗(yàn)結(jié)果3.1彎矩-轉(zhuǎn)角曲線 連接的彎曲性能通常由M-曲線反映出來，該曲線描述的是外加彎矩M和相應(yīng)轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。而試驗(yàn)中，彎矩-轉(zhuǎn)角曲線的特征只能間接獲

17、得，這主要根據(jù)以下讀數(shù)得到：（i）該梁的垂直位移，或（ii）端板的水平位移（如圖2-3）。作用于連接的彎矩M等于外加荷載P乘以荷載作用點(diǎn)到焊接端板一側(cè)梁端之間的距離。 （1） 節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)變形為柱腹板節(jié)點(diǎn)域的剪切變形與連接的轉(zhuǎn)動(dòng)變形之和，連接的轉(zhuǎn)動(dòng)變形是指梁柱中心線的角度變化值b和c。在試驗(yàn)中，柱由于剛性大，難變形。那么，柱的剪切變形和轉(zhuǎn)角變形c都為0，因此，節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)變形等于連接的轉(zhuǎn)角變形。梁的轉(zhuǎn)角大致可由下述公式算得： （2） 其中DTi是指垂直位移，b.el(DTi)值梁在位移計(jì)DTi處的彈性變形。b.el(DTi)由下式算得： （3） 相對(duì)于其他位移計(jì)，由于DT3離焊接端板距離較近，因此所

18、測(cè)得的結(jié)果會(huì)有誤差。在這個(gè)區(qū)域，梁理論不成立，應(yīng)力分布不均勻。因此，這些傳感器的結(jié)果在進(jìn)一步比較中應(yīng)被剔除。如預(yù)期，DT1和DT2的結(jié)果是相同的，由此該節(jié)中涉及到的所有變形值從DT1讀取。3.1.1端板厚度為15mm的試件 三個(gè)端板厚度為15mm的試件對(duì)應(yīng)的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線如圖3-1所示。這些曲線表明：（i）兩個(gè)齊平式端板結(jié)構(gòu)連接的力學(xué)性能在整個(gè)彈塑性范圍內(nèi)相同，（ii）外伸式端板結(jié)構(gòu)連接表現(xiàn)出更大剛性和更高的承載力，但變形能力較差。試件的失效為受拉區(qū)螺栓的斷裂。對(duì)于外伸式連接，位于其外伸部分的2號(hào)螺栓發(fā)生斷裂。圖3-3(b)也顯示該螺栓在端板塑性鉸線發(fā)展完全前發(fā)生斷裂。 圖3-1 15mm厚端

19、板試件的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線 圖3-2 10mm厚端板試件的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線（a） 試件F1EP_15_2（b） 試件EEP_15_2（全視圖和詳圖）圖3-3 15mm厚端板試件破壞后示意圖3.1.2端板厚度為10mm的試件 端板厚度為10mm的試件的轉(zhuǎn)動(dòng)情況反映在圖3-2中。 對(duì)比兩個(gè)齊平式端板，二者的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線特征稍有差異。端板F1EP相較于F2EP表現(xiàn)出更高的承載力，符合預(yù)期。在上一組試驗(yàn)中也出現(xiàn)過類似情況。在這兩種情況中，靠近內(nèi)焊縫熱的影響區(qū)的端板最終破裂。由于破裂導(dǎo)致測(cè)力傳感器達(dá)到最大角度值，試驗(yàn)必須中斷。對(duì)于外伸端板配置，位于焊接熱影響區(qū)內(nèi)的鋼板在梁外部受拉翼緣處也發(fā)生了破裂（如圖3-

20、4）。比較兩種分別配置螺栓強(qiáng)度等級(jí)為12.9和8.8的外伸式端板連接，其試驗(yàn)結(jié)果顯示二者轉(zhuǎn)動(dòng)特征相似。圖3-4 試件EEP_10_2a試件破壞后示意圖3.1.3比較圖3-5比較了兩組試驗(yàn)的M-曲線。在所有情況下，連接變形的變形能力主要來自裝配端板螺栓。圖3-5所示的曲線強(qiáng)調(diào)隨著端板厚度的增加，連接的承載力和轉(zhuǎn)動(dòng)剛度隨之增大，而轉(zhuǎn)動(dòng)能力降低。兩組試驗(yàn)的破壞模式也不一樣，前面已經(jīng)解釋過。（a） 外伸端板試件 （b）齊平端板試件（齊平端板2）圖3-5 兩類試件彎矩-轉(zhuǎn)角曲線對(duì)比表3-1總結(jié)了這七條彎矩-轉(zhuǎn)角曲線的主要特征。特別是，對(duì)不同試驗(yàn)，評(píng)定了以下幾點(diǎn)特征：M-曲線的膝范圍（KR）、塑性彎曲承載

21、力Mj,R、最大彎矩Mj,max、初始剛度Sj,ini、后屈服剛度Sj,p-l、最大彎矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角Mj,max以及轉(zhuǎn)動(dòng)能力C（數(shù)據(jù)見表3-1）。膝范圍前后準(zhǔn)彈性分支曲線的剛度值通過線性回歸分析法計(jì)算得來。如上所述，所有特征值都對(duì)應(yīng)于位移計(jì)DT1的讀數(shù)。表3-1 彎矩-轉(zhuǎn)角曲線相關(guān)特征值 圖3-5所示的曲線圖表示上述連接中的兩個(gè)連接的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線，采用另外一種方法定義連接的轉(zhuǎn)角。除了采用梁位移來計(jì)算連接轉(zhuǎn)角的方法外，還可以采用端板的變形行為來定義。位移計(jì)可以測(cè)量梁翼緣受壓區(qū)和受拉區(qū)端板和梁之間的間隙（見圖2-3中DT5-DT8）。連接的轉(zhuǎn)角則可以定義如下： （4）（b） F1EP_15_2試件

22、 （b）EEP_10_2a試件圖3-5 試驗(yàn)試件彎矩-轉(zhuǎn)角曲線對(duì)比 對(duì)于齊平式端板連接（例如圖3-5(a)中F1EP_15_2），不同連接的兩個(gè)受力曲線吻合的非常好，但對(duì)于圖3-5(b)中EEP_10_2a的外伸式端板連接來說，兩條曲線走勢(shì)有些許差異，尤其是在彈性階段。先前關(guān)于后者類型連接的研究也提出過這種差異。3.2受拉區(qū)的性質(zhì) 所測(cè)試樣件的變形能力主要來自受拉區(qū)域的裝配端板螺栓。這種性質(zhì)的最顯著的特點(diǎn)是：（i）端板的荷載-變形關(guān)系，（ii）螺栓伸長行為，和（iii）應(yīng)變反應(yīng)。端板的變形能力以梁翼緣水平面上板和柱翼緣間的縫隙大小來定量。這些結(jié)果對(duì)驗(yàn)證受拉區(qū)T形連接件的理想化起著舉足輕重的作用

23、。舉例說明，圖3-6繪出了兩個(gè)外伸式端板連接的變形曲線。這兩條曲線表明端板的變形隨著其厚度減小而增大。圖3-6 端板受拉區(qū)變形圖3-3和圖3-7給出了端板失效的效果圖。10mm厚端板的塑性變形顯得更加明顯。圖3-7(a)說明塑性鉸線發(fā)展于熱影響區(qū)域而非焊腳處，這跟EC3-1-8規(guī)范中的規(guī)定吻合。另一個(gè)值得一提的現(xiàn)象是螺栓對(duì)端板的擠壓變形（如圖3-7(b)所示），這一現(xiàn)象在由12.9級(jí)螺栓和10mm厚端板組合而成的連接中十分常見。（a）EEP_10_2a（a）F1EP_10_2試件圖3-7 10mm厚端板試件破壞后示意圖圖3-8繪制的是兩種連接類型F2EP_15_2和EEP_15_2的彎矩-螺栓

24、伸長量關(guān)系曲線。在這兩種情況下，螺栓最終張拉斷裂。該圖表明：（）由于一些幾何缺陷，螺栓行為是不完全對(duì)稱的，因此，一排螺栓中應(yīng)力最大的螺栓會(huì)最早發(fā)生破壞（如試樣F2EP_15_2中的螺栓3和4），和（ii）外伸式端板連接中的兩排受拉螺栓承受不等荷載：內(nèi)部受拉螺栓占據(jù)更大的比例的負(fù)載；然而，位于的端板延伸部位的螺栓將主導(dǎo)試件的破壞，因?yàn)樗鼈兂惺芨蟮霓D(zhuǎn)角。圖3-8 螺栓伸長性質(zhì) 12.9級(jí)螺栓展現(xiàn)出脆性斷裂，伴隨少量塑料變形。這些螺栓張拉失效，幾乎沒有任何彎曲變形。與此相反，在試件EEP_10_2b中使用的8.8級(jí)螺栓有更好的延展性、可塑性和拉彎組合變形能力。端板應(yīng)變儀的布置位置如圖2-1中斜體部

25、分，如前文所述。應(yīng)變儀結(jié)果的完整描述在參考文獻(xiàn)14中給出。為了說明的目的，本文只列出一些結(jié)果。圖3-9所示為端板15毫米厚的鋼板系列的應(yīng)變結(jié)果。在一般情況下，端板內(nèi)部的應(yīng)變值是適度的，達(dá)到大約1。該圖表顯示：（i）在內(nèi)部受拉螺栓下方區(qū)域，該端板在荷載傳遞方向受到張力，（ii）在其他垂直方向有壓應(yīng)力，以及（iii）齊平式端板連接中的應(yīng)變更大，即與等效外伸式端板連接相比，這種節(jié)點(diǎn)類型中有更大的塑性變形。最后，圖3-10所示為端板厚度為10mm系列的外伸式端板連接的應(yīng)變結(jié)果。在兩種情況下該端板的應(yīng)變是相同的，也就是說在該厚度范圍內(nèi)，螺栓強(qiáng)度等級(jí)的影響是微不足道的。（a） 端板內(nèi)部，靠近梁腹板（SG1

26、3-SG15） (b)端板內(nèi)部，xy應(yīng)變計(jì)（SG16-SG17）圖3-9 試件F1EP_15_2和EEP15_2應(yīng)變計(jì)結(jié)果圖3-10 試件EEP_10_2a和EEP_10_2b試件端板外伸區(qū)域應(yīng)變計(jì)結(jié)果4.討論 歐洲規(guī)范EC3-1-12中已經(jīng)包括了由高強(qiáng)鋼強(qiáng)度等級(jí)高達(dá)S700節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。這種前標(biāo)準(zhǔn)不允許設(shè)計(jì)采用EC3-1-8概念的半連續(xù)/局部約束的高強(qiáng)鋼節(jié)點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)表明，采用高強(qiáng)鋼S690等級(jí)的端板也會(huì)發(fā)生屈服。盡管如此，只有當(dāng)節(jié)點(diǎn)能夠發(fā)展充分轉(zhuǎn)角，才能夠采用該種結(jié)構(gòu)模型做全局分析，使整個(gè)結(jié)構(gòu)的延性失效機(jī)理先于節(jié)點(diǎn)斷裂的發(fā)生。文獻(xiàn)表明如果端板相對(duì)于螺栓來說是一個(gè)“薄弱鏈接”，則端板連接能夠

27、表現(xiàn)出較好的轉(zhuǎn)動(dòng)性能。該結(jié)論由低碳軟鋼得出。目前的試驗(yàn)采用在屈服應(yīng)力和屈強(qiáng)比上具有相似力學(xué)性能的端板和螺栓。必須研究這是否會(huì)影響上述前提。 在以下章節(jié)中，對(duì)本文試驗(yàn)結(jié)果和目前的EC3-1-8設(shè)計(jì)規(guī)范做了對(duì)比。另外，由于節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)能力這種半連續(xù)/局部約束的設(shè)計(jì)理念非常重要，本文根據(jù)試件試驗(yàn)結(jié)果提出了其延展性特征的定義，并根據(jù)先前文獻(xiàn)中的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。4.1與歐洲規(guī)范3的預(yù)測(cè)進(jìn)行對(duì)比 EC3-1-8對(duì)節(jié)點(diǎn)的彎曲塑性承載力和初始剛度給出了量化標(biāo)準(zhǔn)。 下文通過采用節(jié)點(diǎn)的實(shí)際幾何特征以及鋼材的名義和實(shí)際力學(xué)性質(zhì)對(duì)這些結(jié)構(gòu)的特性進(jìn)行了評(píng)定，驗(yàn)證了關(guān)于節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)能力的建議，以及將試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比

28、。其中局部安全因素被視為單一。 4.1.1塑性彎曲承載力 端板剛性連接通過由螺栓張力（s）和對(duì)面翼緣壓力所形成的力偶來傳遞彎矩。在不存在軸向力的情況下，節(jié)點(diǎn)的彎曲承載力可由簡單的平衡原理求得： （5） 其中，F(xiàn)ti.R：受拉區(qū)i行螺栓的抗拉承載力；hi：第i行螺栓到受壓中心的距離；和n：螺栓行數(shù)。下標(biāo)“d”表示“設(shè)計(jì)值”。由于連接的整體力學(xué)性質(zhì)取決于端板和螺栓，F(xiàn)ti.R的計(jì)算依賴于張力區(qū)T形連接件的理想化，該張力區(qū)能夠發(fā)生三種可能的屈服破壞機(jī)制。第一種破壞機(jī)制的特點(diǎn)是形成四條塑性鉸線：撬力造成的彎矩形成兩條位于螺栓軸的塑性鉸線，而另兩條塑性鉸線位于翼緣與腹板的連接處。第二破壞機(jī)制的特點(diǎn)是翼緣

29、與腹板連接處產(chǎn)生兩條塑性鉸線，受拉區(qū)螺栓斷裂。第三破壞的機(jī)制只涉及螺栓失效。 表4-1總結(jié)了規(guī)范給出的7個(gè)試件的屈服承載力預(yù)測(cè)值。同時(shí)計(jì)算了試驗(yàn)結(jié)果（表3-1）與EC3-1-8計(jì)算值得比值。二者之間的對(duì)比表明所列承載力一般都在膝范圍內(nèi)，但高于實(shí)驗(yàn)值。對(duì)于上述10mm端板，用規(guī)范預(yù)測(cè)的承載力是非常準(zhǔn)確的。除了F2EP結(jié)構(gòu)，其他情況下的比率接近1。對(duì)其他三個(gè)試樣（i）齊平式端板配置中，預(yù)測(cè)值低于實(shí)際值和（ii）對(duì)于外伸式端板，預(yù)測(cè)值顯然過高。 值得一提的是，預(yù)測(cè)的塑性鉸線（端板延伸部位的螺栓處有兩條塑性鉸線產(chǎn)生，梁翼緣內(nèi)排螺栓的側(cè)向屈服）符合試驗(yàn)的觀察現(xiàn)象（如圖3-7（a）。 4.1.2初始剛度

30、初始轉(zhuǎn)動(dòng)剛度采用EC3-1-8中的組件法進(jìn)行計(jì)算。用下列表達(dá)式來預(yù)測(cè)初始剛度Sj.ini相對(duì)來說更加容易： （6） 其中z：杠桿臂長； kec：裝配件在壓-剪區(qū)域的剛度；ket：裝配件在受壓區(qū)的等效剛度。 z取為（i）齊平式端板連接中從受壓區(qū)中心到受拉區(qū)的螺栓排之間的距離和（）外伸式端板連接中從受壓區(qū)中心到外伸板中兩個(gè)螺栓行中點(diǎn)的距離。表4-1對(duì)初始剛度的預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比。這些比值表明規(guī)范EC3-1-8高估了連接的初始剛度。對(duì)于外伸式端板連接，如果轉(zhuǎn)動(dòng)的試驗(yàn)值由端板變形方程等式（4）計(jì)算，而非梁變形方程等式（2），其結(jié)果有些許差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果剛度也更大。4.1.3轉(zhuǎn)動(dòng)能力表3-1列出了各

31、試驗(yàn)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)能力和相應(yīng)彎矩的試驗(yàn)結(jié)果?？梢匀菀椎乜闯?，那些采用更薄端板的試件比其余試件呈現(xiàn)處更好的轉(zhuǎn)動(dòng)能力。表4-1 歐洲規(guī)范3預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值的比較（比值=預(yù)測(cè)值/試驗(yàn)值） EC3-1-8指出，端板螺栓連接節(jié)點(diǎn)如果能滿足以下兩個(gè)條件，則可以假設(shè)具有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力：（i）節(jié)點(diǎn)的彎曲承載力由的彎曲決定，和（ii）柱翼緣或者端板（不必要與條款（i）中的組件相同）的厚度t能滿足下式： （7） 其中b：螺栓直徑；fu,b：螺栓的抗拉強(qiáng)度；和fy：相應(yīng)構(gòu)件的屈服強(qiáng)度。EC3-1-8中關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)能力特性描述規(guī)定的應(yīng)用表明條件一是所有試件都必須保證的（節(jié)點(diǎn)的彎曲承載力由端板的彎曲承載能力控制），而條件二 （見

32、式（7）只試用于由10mm端板與12.9級(jí)螺栓組合的連接（見表4-1）。表2-4中這些預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明，盡管等式（7）不滿足于使用8.8級(jí)螺栓的試樣EEP_10_2b，但其最大轉(zhuǎn)動(dòng)與滿足該等式的試件EEP_10_2a相同。4.1.4彎矩-轉(zhuǎn)角曲線的雙線性模型EC3-1-8第5節(jié)采用了簡化的雙線性設(shè)計(jì)彎矩-轉(zhuǎn)角曲線（圖4-1）。該近似曲線的特征量上文已經(jīng)針對(duì)各種連接給出。對(duì)于螺栓端板連接梁柱節(jié)點(diǎn)，在整體結(jié)構(gòu)彈塑性分析條件下，取EC3-1-8中定義的剛度修正系數(shù)為2。圖4-1 EC3-1-8中采用的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線雙線性模型圖4-2中比較了實(shí)際曲線與根據(jù)EC3-1-8簡化的曲線。在大多數(shù)

33、情況下，簡化曲線位于實(shí)際曲線的下方（例如EEP_10_2B）。例外情況是，對(duì)于試件 EEP_15_2來說，規(guī)范EC3-1-8對(duì)于初始剛度和屈服承載力的預(yù)測(cè)都不太準(zhǔn)確（參見圖4-2）。圖4-2 試驗(yàn)彎矩-轉(zhuǎn)角曲線與雙線性曲線對(duì)比圖4.2實(shí)驗(yàn)延展性分析 節(jié)點(diǎn)延展性特征反映了該節(jié)點(diǎn)M-關(guān)系曲線中屈服平臺(tái)的長度。這個(gè)屬性可以由延性指數(shù)j來進(jìn)行表征，該指數(shù)表示節(jié)點(diǎn)的最大轉(zhuǎn)動(dòng)能力C與節(jié)點(diǎn)屈服承載力對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角Mj,R的比值，表達(dá)式如下： （8）表4-2 節(jié)點(diǎn)延性指數(shù)j。Max和j的試驗(yàn)計(jì)算值 表4-2對(duì)幾個(gè)試件的延性指數(shù)j做了計(jì)算。實(shí)驗(yàn)中，節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)能力被定義為當(dāng)一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件發(fā)生破壞時(shí)節(jié)點(diǎn)的最大轉(zhuǎn)動(dòng)水平。

34、該表還包括最大荷載處的轉(zhuǎn)角值，相應(yīng)的延展性水平j(luò).max load定義如下式： （9）分析表4-2中給出的值可以得到以下一些結(jié)論：1.在相同的試驗(yàn)組中，齊平式端板連接的延性指數(shù)是相似的；這意味著焊接因素對(duì)節(jié)點(diǎn)的變形性能影響不大。 2.對(duì)于10mm端板，外伸式端板連接延性指數(shù)更高，但轉(zhuǎn)動(dòng)能力較差。 3.對(duì)比12.9級(jí)螺栓，8.8級(jí)能保證更好的延展性。（見試件EEP_10_2a和EEP_10_2b的結(jié)果）。 在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，應(yīng)同時(shí)滿足延展性和轉(zhuǎn)動(dòng)能力的要求。對(duì)于低碳鋼，一般認(rèn)為至少要有35-40毫弧度的轉(zhuǎn)角才能視為有 “足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力”。威爾金森等提出，位于地震區(qū)的抗彎剛架中的剛性連接必須保證最少3

35、0毫弧度的塑性轉(zhuǎn)角。表4-2中對(duì)所收集數(shù)據(jù)的分析表明，所有10mm厚端板都能同時(shí)滿足以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 延性要求能夠確保脆性破壞不會(huì)發(fā)生，即節(jié)點(diǎn)的非彈性變形足夠大。一些作者提出低碳鋼牌號(hào)節(jié)點(diǎn)的延性指數(shù)至少達(dá)到4.0。如果這個(gè)值應(yīng)用于高強(qiáng)鋼牌號(hào)，那么只有試件F1EP_10_2和 EEP_10_2（a/b）滿足這一標(biāo)準(zhǔn)。顯然，對(duì)適用于高強(qiáng)鋼規(guī)范的驗(yàn)證需要做進(jìn)一步研究。 5.結(jié)論 這一研究工作的主要目的是：（i）試驗(yàn)現(xiàn)象的描述（ii）通過試驗(yàn)得到高強(qiáng)鋼端板螺栓連接的力學(xué)性質(zhì)，并利用該力學(xué)性質(zhì)對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)證。此外，也得到了有關(guān)改進(jìn)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)能力方面的結(jié)論。但該研究的范圍局限于由受拉區(qū)主導(dǎo)破壞的端板連

36、接，該連接的受拉區(qū)理想化為T形連接件。 從試驗(yàn)項(xiàng)目可以得出的主要結(jié)論是： 1.節(jié)點(diǎn)的初始剛度和彎曲承載力隨端板厚度的增大而增大。 2.節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)能力隨端板厚度的增大而減小。該現(xiàn)象對(duì)外伸式端板連接來說特別明顯。因此，像螺栓這樣的脆性部件，有可能在端板發(fā)生延性破壞前失效。 3.在整個(gè)彈塑性范圍中，兩個(gè)平齊式端板的行為是相同，這是因?yàn)楹附訉?duì)連接的力學(xué)性能影響不大。 4.規(guī)范EC3-1-8中涉及的剛性連接，將其受拉區(qū)理想化為T形連接件，即使使用高強(qiáng)度等級(jí)鋼材，規(guī)范也能對(duì)其設(shè)計(jì)承載力進(jìn)行精確預(yù)測(cè)。然而規(guī)范EC3-1-8對(duì)連接的初始剛度結(jié)果預(yù)估過高（見表4-1）。此外，規(guī)范對(duì)連接是否擁有足夠轉(zhuǎn)動(dòng)能力的確定

37、標(biāo)準(zhǔn)在某些情況下比較保守。至于低碳鋼，這個(gè)問題也需要做進(jìn)一步研究。 5.可以發(fā)現(xiàn)，采用高強(qiáng)鋼的連接試件的轉(zhuǎn)動(dòng)能力能滿足比較高的變形要求。薄端板連接能實(shí)現(xiàn)40毫弧度（及以上）的轉(zhuǎn)動(dòng)能力。 6.強(qiáng)度等級(jí)為12.9的螺栓具有極其有限的延展性，幾乎沒有任何彎曲變形。在某些情況下（例如，外伸端板連接），螺栓由于其頭部附近的轉(zhuǎn)角過大而發(fā)生斷裂。因此，強(qiáng)烈建議不使用該類等級(jí)的螺栓。8.8級(jí)螺栓應(yīng)該是首選，因?yàn)檫@些螺栓有較高延展性。事實(shí)上，當(dāng)存在高強(qiáng)鋼材時(shí)，需要對(duì)通常適用于低碳鋼的螺栓直徑與端板厚度的組合（例如M24螺栓匹配15mm厚端板）進(jìn)行核查。對(duì)于后者的考慮，已決定延伸該研究計(jì)劃，測(cè)試使用8.8級(jí)的M2

38、7螺栓與10mm厚端板的連接節(jié)點(diǎn)，研究其延展性是否得到提高。鋼結(jié)構(gòu)模型半連續(xù)/局部約束框架理念的一致性需要建立精確的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，關(guān)于：（i）轉(zhuǎn)動(dòng)能力（ii）節(jié)點(diǎn)的延展性。這兩個(gè)條件基于節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的力學(xué)和幾何特性。本文作者正在開展這一特定課題的研究。參考文獻(xiàn)1 Gunther H-P, editor. Use and application of high-performance steels for steel structures. In: Structural Engineering Documents. International Association for Bridge and Str

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