·1006· 工程科学学报，第40卷，第8期 those under the uniaxial loading.The width-to-thickness ratio of the square steel column is one of the key factors that affect the bearing capacities of the specimens.The bearing capacities gradually decrease with an increase in the width-to-thickness ratio.All the speci- mens exhibit a good energy dissipation capacity,and the hysteretic curves are stable and numerous.The equivalent viscous damping coefficients of all the specimens are around 0.2. KEY WORDS loading paths;width-to-thickness ratio;pseudo-static loading;hysteretic curves;bearing capacity 1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震 地震作用下角柱受力复杂，双向荷载作用下易 发生后，钢结构房屋损坏严重.震后调查发现，钢框 产生扭转，是抗震中的薄弱环节，而我国对钢结构角 架结构焊接节点处并未如期望那样在梁端出现塑性 柱在地震作用下的受力性能研究较少，需要对角柱 铰形成梁铰屈服机制，而是在柱梁节点连接处发生 在双向荷载作用下的抗震性能进行研究.本文通过 了脆性破坏-】.此后，通过优化构造实现塑性铰外 对2个平面边柱节点和3个空间角柱节点进行低周 移从而达到“强柱弱梁构件”的设计思想成为震后 往复荷载试验，以深入研究加载方式和方钢管柱宽 改进钢框架结构的主要思路，国内外学者相继展开 厚比对角柱节点抗震性能的影响. 了大量的试验研究及理论分析3-)]，并逐步形成“加 强型”与“削弱型”两种劉改进方式.外加强环式节 1试验概况 点可用于不同外径的方钢管柱，有效地避免了由于钢 1.1试件设计 管柱在梁柱节点附近的切割而导致的钢管柱整体性能 共设计制作5个试验试件，各试件基本信息如 降低的不利因素，在钢结构建筑中都有一定的应用. 表1所示.以No.1试件为例，详细尺寸如图1所 现有框架梁柱的研究多集中在平面节点，假定 示.试件No.2、No.5为边柱节点，试件No.1、No.3 地震动作用于柱主轴受力方向，即施加的荷载、节点 和No.4为角柱节点，试验参数为加载方式（单向加 的梁柱构件以及约束均位于同一竖向平面内.而实 载、双向轴对称加载和双向中心对称加载)、方钢管 际地震动的方向具有任意性，在强烈地震作用下，地 柱宽厚比D/t(D/t=22和33)，其中D为方钢管柱 震动输入与房屋结构两个主轴方向成一定角度，是 截面宽度，t为方钢管壁厚.角柱节点两梁梁端加载 斜向地震输入.因此，研究框架节点在双方向荷载 方向朝同一方向即为双向轴对称加载，朝相反方向 作用下的抗震性能是十分必要的.刘春阳等通过 即为双向中心对称加载.外加强环细部尺寸和加载 试验研究发现，斜向地震作用下试件的承载力、延性 方式详图如图2、3所示，其中9为梁变形角，R为层 等抗震性能退化十分严重，存在明显的扭转作用；薛 间位移角.柱采用冷弯方钢管，高度均为1625mm, 伟辰等[]对不同类型的混凝土空间梁柱节点进行 截面尺寸为200mm×200mm.梁采用H型钢，长度 了双向的低周往复试验研究，发现空间节点的承载 为1500mm,截面尺寸为300mm×120mm×6mm× 力、耗能能力和延性等性能均弱于平面节点：李旭红 12mm,外加强环厚度为12mm.梁柱通过外加强环 和房贞政)通过试验和有限元分析研究表明：双向 连接，三者之间均为焊接连接.为降低焊接难度、提 荷载作用下，预应力混凝土空间角节点构件有明显 高焊接质量，外加强环采用日本学者2]提出的分割 的耦合效应，试件发生扭转，节点的破坏形式对构件 式加强环，加强环由两块板拼接构成，并在拼接处预 的延性和耗能性能有一定影响. 留2mm的安装缝 表1试件基本信息 Table I Basic information of specimens 编号 柱尺寸/mm 梁尺寸/mm 外加强环类型 加载方式 No.1 200×200×9 类型A 双向中心对称加载 300×120×6×12 No.2 (宽厚比22) 类型B 单向加载 No.3 类型A 双向中心对称加载 200×200×6 No.4 300×120×6×12 类型A 双向轴对称加载 (宽厚比33) No.5 类型B 单向加载 1.2材料性能 量、屈服强度、拉伸强度、屈强比和伸长率，如表2 对试验所用钢材进行单向拉伸试验得到弹性模 所示.工程科学学报,第 40 卷,第 8 期 those under the uniaxial loading. The width鄄to鄄thickness ratio of the square steel column is one of the key factors that affect the bearing capacities of the specimens. The bearing capacities gradually decrease with an increase in the width鄄to鄄thickness ratio. All the speci鄄 mens exhibit a good energy dissipation capacity, and the hysteretic curves are stable and numerous. The equivalent viscous damping coefficients of all the specimens are around 0郾 2. KEY WORDS loading paths; width鄄to鄄thickness ratio; pseudo鄄static loading; hysteretic curves; bearing capacity 1994 年美国北岭地震和 1995 年日本阪神地震 发生后,钢结构房屋损坏严重. 震后调查发现,钢框 架结构焊接节点处并未如期望那样在梁端出现塑性 铰形成梁铰屈服机制,而是在柱梁节点连接处发生 了脆性破坏[1鄄鄄2] . 此后,通过优化构造实现塑性铰外 移从而达到“强柱弱梁构件冶的设计思想成为震后 改进钢框架结构的主要思路,国内外学者相继展开 了大量的试验研究及理论分析[3鄄鄄7] ,并逐步形成“加 强型冶与“削弱型冶两种[8] 改进方式. 外加强环式节 点可用于不同外径的方钢管柱,有效地避免了由于钢 管柱在梁柱节点附近的切割而导致的钢管柱整体性能 降低的不利因素,在钢结构建筑中都有一定的应用. 现有框架梁柱的研究多集中在平面节点,假定 地震动作用于柱主轴受力方向,即施加的荷载、节点 的梁柱构件以及约束均位于同一竖向平面内. 而实 际地震动的方向具有任意性,在强烈地震作用下,地 震动输入与房屋结构两个主轴方向成一定角度,是 斜向地震输入. 因此,研究框架节点在双方向荷载 作用下的抗震性能是十分必要的. 刘春阳等[9]通过 试验研究发现,斜向地震作用下试件的承载力、延性 等抗震性能退化十分严重,存在明显的扭转作用;薛 伟辰等[10]对不同类型的混凝土空间梁柱节点进行 了双向的低周往复试验研究,发现空间节点的承载 力、耗能能力和延性等性能均弱于平面节点;李旭红 和房贞政[11]通过试验和有限元分析研究表明:双向 荷载作用下,预应力混凝土空间角节点构件有明显 的耦合效应,试件发生扭转,节点的破坏形式对构件 的延性和耗能性能有一定影响. 地震作用下角柱受力复杂,双向荷载作用下易 产生扭转,是抗震中的薄弱环节,而我国对钢结构角 柱在地震作用下的受力性能研究较少,需要对角柱 在双向荷载作用下的抗震性能进行研究. 本文通过 对 2 个平面边柱节点和 3 个空间角柱节点进行低周 往复荷载试验,以深入研究加载方式和方钢管柱宽 厚比对角柱节点抗震性能的影响. 1 试验概况 1郾 1 试件设计 共设计制作 5 个试验试件,各试件基本信息如 表 1 所示. 以 No. 1 试件为例,详细尺寸如图 1 所 示. 试件 No. 2、No. 5 为边柱节点,试件 No. 1、No. 3 和 No. 4 为角柱节点,试验参数为加载方式(单向加 载、双向轴对称加载和双向中心对称加载)、方钢管 柱宽厚比 D/ t(D/ t = 22 和 33),其中 D 为方钢管柱 截面宽度,t 为方钢管壁厚. 角柱节点两梁梁端加载 方向朝同一方向即为双向轴对称加载,朝相反方向 即为双向中心对称加载. 外加强环细部尺寸和加载 方式详图如图 2、3 所示,其中 兹b为梁变形角,R 为层 间位移角. 柱采用冷弯方钢管,高度均为 1625 mm, 截面尺寸为 200 mm 伊 200 mm. 梁采用 H 型钢,长度 为 1500 mm,截面尺寸为 300 mm 伊 120 mm 伊 6 mm 伊 12 mm,外加强环厚度为 12 mm. 梁柱通过外加强环 连接,三者之间均为焊接连接. 为降低焊接难度、提 高焊接质量,外加强环采用日本学者[12] 提出的分割 式加强环,加强环由两块板拼接构成,并在拼接处预 留 2 mm 的安装缝. 表 1 试件基本信息 Table 1 Basic information of specimens 编号 柱尺寸/ mm 梁尺寸/ mm 外加强环类型 加载方式 No. 1 No. 2 200 伊 200 伊 9 ﹙宽厚比 22 ﹚ 300 伊 120 伊 6 伊 12 类型 A 双向中心对称加载 类型 B 单向加载 No. 3 No. 4 No. 5 200 伊 200 伊 6 ﹙宽厚比 33 ﹚ 300 伊 120 伊 6 伊 12 类型 A 双向中心对称加载 类型 A 双向轴对称加载 类型 B 单向加载 1郾 2 材料性能 对试验所用钢材进行单向拉伸试验得到弹性模 量、屈服强度、拉伸强度、屈强比和伸长率,如表 2 所示. ·1006·