新型建筑與土木工程文獻(xiàn)翻譯

1、橫向循環(huán)載荷下的組合板條柱摘要：設(shè)計(jì)用于承受軸向載荷的典型2-2.5板條建成成員在橫向地震載荷作用下的表現(xiàn)可能不那么令人滿意。目前的做法是利用雙信道的分析評(píng)價(jià)綴懸臂件設(shè)計(jì)，進(jìn)行恒定的軸向壓縮載荷和逐漸增加的橫向負(fù)荷實(shí)驗(yàn)表明，成員未能達(dá)成其預(yù)期的彎曲由于橫向的不穩(wěn)定性。件的設(shè)計(jì)是通過(guò)改變?cè)陬A(yù)期plastichinge板條區(qū)域的結(jié)構(gòu)來(lái)改變，即，減少在端部面板板條的間距一半，并設(shè)計(jì)壓條用于力矩容量板條的剪切需求的部分。以極限彎矩設(shè)計(jì)為力矩容量板條成員可能能夠達(dá)到預(yù)期的抗彎強(qiáng)度。設(shè)計(jì)成當(dāng)前實(shí)踐構(gòu)件和改進(jìn)的設(shè)計(jì)方法的樣品進(jìn)行軸向載荷和逐漸增加循環(huán)載荷分別進(jìn)行了五個(gè)半規(guī)模試驗(yàn)。設(shè)計(jì)為每改良設(shè)計(jì)方法的試件顯

2、示在橫向載荷作用下的強(qiáng)度，橫向剛度，瞬間旋轉(zhuǎn)特性和耗能能力方面表現(xiàn)優(yōu)異。關(guān)鍵詞：板條；柱；地震；彎曲1.簡(jiǎn)介：組合雙膠柱是一種壓縮構(gòu)件由兩個(gè)稍微分開(kāi)的相同的縱向元件而彼此通過(guò)板條在其長(zhǎng)度方向通過(guò)點(diǎn)來(lái)鏈接。這些構(gòu)件經(jīng)常被當(dāng)作光受壓構(gòu)件，如在桁架時(shí)刻幀和豎列輕鋼結(jié)構(gòu)。雙通道的部分往往是用組合板。組合柱與實(shí)體柱相比抗剪強(qiáng)度明顯減弱。這些柱子的抗彎強(qiáng)度會(huì)減少，因?yàn)榭辜魪?qiáng)度取決于構(gòu)造與結(jié)構(gòu)的鏈接方式，很多研究者已經(jīng)給出了分析準(zhǔn)則，考慮到軸向荷載，剪切變形 和節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度。在除了剪切效應(yīng)外，軸向壓曲強(qiáng)度也可減少因混合彎曲，其中板條之間的彎曲與總體的彎曲相互作用。端板在組合板中對(duì)系統(tǒng)元件的應(yīng)力和彎矩和對(duì)軸向屈曲

3、強(qiáng)度作出了重大貢獻(xiàn)。早先的研究一個(gè)特殊的雙肢柱,壓條的附加縱向元素通過(guò)鉸鏈連接,顯示沒(méi)有端板的元件的軸向屈曲強(qiáng)度小與于單個(gè)元素的關(guān)鍵負(fù)荷的總和5。在這種情況下,壓條不傳輸組件元素之間的剪切。然而,端板的屈曲荷載是板條成員的抗彎強(qiáng)度的下限。在應(yīng)對(duì)地震引起的多重載荷作用下,因?yàn)槌溯S向壓縮載荷外還對(duì)組合列橫向加載使得組合雙膠柱受到過(guò)度壓縮。塑性鉸形成的關(guān)鍵部分構(gòu)件有了大的橫向變形 ,這是用來(lái)預(yù)計(jì)最大力矩。延性和耗能能力極大地依賴于這些塑料鉸鏈的性能。成員的寬厚比可以減少局部屈曲的嚴(yán)重程度，從而提高了延展性與耗能能力。組合列的壓條設(shè)計(jì)剪切需求總量是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的軸向載荷的2.0 - -2.5% (8、9

4、)。這些柱子可能不表現(xiàn)令人滿意,當(dāng)由于地震事件受到側(cè)向加載除了軸向壓縮載荷。在目前的研究中,非線性有限元(FE)分析,使用ABAQUS分析10進(jìn)行研究的影響配置的壓條板條成員的行為受到不斷的軸向壓縮載荷和逐漸增加橫向負(fù)載。此外,雙通道組合板條試件受到不斷的軸向載荷和循環(huán)橫向荷載逐漸增加了實(shí)驗(yàn)上的研究。目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一個(gè)韌性組合板條梁的設(shè)計(jì)可以達(dá)到預(yù)期的撓曲強(qiáng)度2.分析估算組合柱的壓條通常因?yàn)檩S向和橫向荷載受剪力和彎矩。設(shè)計(jì)目的,假設(shè)反曲折點(diǎn)在主要組件和壓條中間點(diǎn)。壓條的配置取決于他們的中心間距,標(biāo)準(zhǔn)是的主要組件壓條之間的距離不得大于50或或長(zhǎng)細(xì)比不超過(guò)0.7倍長(zhǎng)細(xì)比 ，板條成員作為一個(gè)整體的軸平行

5、于壓條8。一個(gè)組合梁柱的壓條流程圖的設(shè)計(jì)圖1中給出。2.1有限元計(jì)算 組合板條懸臂構(gòu)件受到恒定軸向壓縮載荷,并逐漸提高橫向荷載使用非線性有限元軟件包進(jìn)行了研究分析,有限元分析10。 由兩塊(ISMC 200)標(biāo)準(zhǔn)的熱軋鋼和10毫米厚的低碳鋼作為壓條。載荷的板條成員和部分性能的主要部件圖所示2。 四個(gè)具有相同長(zhǎng)細(xì)比的不同的設(shè)計(jì),即當(dāng)前的實(shí)踐，1，2，和3用來(lái)分析組合梁列。在現(xiàn)實(shí)實(shí)踐的設(shè)計(jì)中,壓條被設(shè)計(jì)成剪力需求為軸向壓縮載荷的2.0%，壓條的間距在整個(gè)面板內(nèi)是統(tǒng)一的。在option1中面板固定端附近壓條的間距是減少一半,相同配置的一個(gè)額外的板條放置在面板的中路。在設(shè)計(jì)option-II,壓條的設(shè)

6、計(jì)為剪切需求減少塑性彎矩 (Mpc)的主要組件的能力。然而在option3中,只有端部壓條板條設(shè)計(jì)是為了由于主要構(gòu)件的塑性彎矩減少 (Mpc)的剪切需求設(shè)計(jì)，其他的板條與現(xiàn)實(shí)實(shí)踐一樣。雙通道組合板條屬性表1中給出,壓條的成員的構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)按當(dāng)前實(shí)踐和設(shè)計(jì)option-II表2給出。四節(jié)點(diǎn)雙重彎曲shell(S4R)元素6個(gè)自由度在每個(gè)節(jié)點(diǎn)被用來(lái)模型主要部件和壓條。網(wǎng)格劃是由元素的驗(yàn)證失敗的標(biāo)準(zhǔn),即面角角度小于30°。材料屬性被視為彈塑性(楊氏模量=200 GPa,泊松比=0.25,和屈服應(yīng)力=250 MPa)和幾何非線性(大變形)是包括在分析中。三種不同配置的壓條的有限元模型分析了研

7、究圖3所示。2.2有限元結(jié)果非線性靜態(tài)破壞分析組合板條有限元模型進(jìn)行加載軸向壓縮載荷。四層的軸向壓縮載荷,即15%,30%,45%和60%的軸向屈服載荷。表3比較了FE模型在不同水平的軸向載荷下橫向載荷峰值。模型設(shè)計(jì)按照當(dāng)前的實(shí)踐進(jìn)行較小的橫向負(fù)載在每個(gè)軸向載荷水平相比與三個(gè)改進(jìn)設(shè)計(jì)的模型。模型的橫向荷載承載能力設(shè)計(jì)按設(shè)計(jì)我發(fā)現(xiàn)略高于現(xiàn)實(shí)實(shí)踐模型設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)option-II iii的橫向強(qiáng)度大概增加了現(xiàn)實(shí)實(shí)踐設(shè)計(jì)模型的設(shè)計(jì)的30 - 50%。然而,模型設(shè)計(jì)按設(shè)計(jì)option-II和option-III在所有水平的軸向載荷作用下幾乎相同的峰值橫向載荷。 2.3對(duì)比一個(gè)構(gòu)件在的軸向壓縮負(fù)荷P下極限

8、塑性彎矩減小(Mp)。極限塑性彎矩 (Mpc)隨著軸向載荷(P)減小的值大于或等于15%的軸向屈服載荷(Py)，可以由以下表達(dá)式(8、9):.式(1)主要是用于確定工形截面梁極限彎矩的降低降低對(duì)其主軸彎曲。然而,這種關(guān)系可以適用于雙通道組合梁柱。組合板條梁的在軸向載荷與彎矩相互作用推導(dǎo)分析假設(shè)組件可以達(dá)到塑性彎矩能力時(shí)沒(méi)有任何不穩(wěn)定。分析結(jié)果很好的匹配了式1的相關(guān)曲線,如圖4所示。有限元模型在不同級(jí)別的軸向載荷下的抗彎強(qiáng)度與設(shè)計(jì)抗彎能力如式(1),如圖5所示。按照現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的有限元模型壓條都沒(méi)有到達(dá)預(yù)計(jì)的抗彎能力組件。然而,模型設(shè)計(jì)按設(shè)計(jì)option-II和option-III顯示更高的塑料

9、moment-carrying能力，能達(dá)到設(shè)計(jì)塑性抗彎力矩的梁柱屈服載荷的30%軸向載荷的15%。當(dāng)模型的軸向載荷增加超出屈服載荷的40%,極限抗彎能力從那一刻起被發(fā)現(xiàn)不能達(dá)到到設(shè)計(jì)極限抗彎能力。原因可能是由于:隨著構(gòu)件的軸向載荷水平的增加,極限抗彎能力下降。因此,壓條的剪應(yīng)力減少需要較小的壓條的深度。以來(lái),設(shè)計(jì)師們通常限制成員的軸向載荷為40%的屈服載荷,設(shè)計(jì)軸向載荷的壓條超出這一限制較小的重要性。模型設(shè)計(jì)按設(shè)計(jì)1不可能達(dá)到預(yù)期的撓曲強(qiáng)度;然而,它帶著更高的橫向荷載與模型設(shè)計(jì)按當(dāng)前的實(shí)踐。3.實(shí)驗(yàn)分析采用雙通道組合板條懸臂梁的一半大小試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，在以軸向屈服載荷的32%為恒定的載荷加載

10、,逐步增加循環(huán)橫向荷載。主要有用的參數(shù)是組合板條預(yù)期塑性鉸區(qū)域壓條的間距和構(gòu)造。3.1試件五個(gè)試樣分別為三種不同配置的壓條由ISMC 200被用作主要組件和低碳鋼板用作壓條。指定的最小屈服應(yīng)力的槽型截面部分和低碳鋼板為250 mpa。所有試件的總長(zhǎng)度是1.32米,循環(huán)橫向荷載應(yīng)用于從固定端距離為1.2米。所有的試件都平等的長(zhǎng)細(xì)比.試件被指定為DC1C、DC1MR DC2MR,DC1MB DC2MB。DC代表雙通道板條組合試件和數(shù)字1或2代表試件實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的數(shù)目。C,MR和MB代表按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的壓條,修改間距減少,修改“盒子”結(jié)構(gòu), (圖6)。試件DC1C被放置在中心的均勻間距為490毫米;作為有

11、相同的配置額外的板條是放置在面板的中路附近試件DCMR的固定端。試件DCMB附近有一個(gè)非常寬的板條在固定端,這樣一個(gè)“盒子”配置成立于預(yù)期的塑性鉸區(qū)域。配置的細(xì)節(jié)和間距壓條的試件如表4所示. 3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)置測(cè)試設(shè)置圖7所示，由一個(gè)反力架,兩個(gè)雙作用伺服液壓致動(dòng)器和一個(gè)反應(yīng)塊。軸向壓縮載荷應(yīng)用通過(guò)一個(gè)致動(dòng)器(載荷范圍為500KN,沖程長(zhǎng)度7125毫米),而循環(huán)橫向荷載應(yīng)用通過(guò)另一個(gè)致動(dòng)器(250KN，沖程長(zhǎng)度7125毫米)。致動(dòng)器連接在試件的自由端,而試件的固定端是連接到一個(gè)反應(yīng)塊。四個(gè)線性可變差動(dòng)傳感器用來(lái)測(cè)量橫向位移。固定端附近的通道部分和結(jié)束壓條的中點(diǎn)應(yīng)變狀態(tài)網(wǎng)和法蘭的測(cè)量通過(guò)應(yīng)變儀。3

12、.3位移變換一個(gè)簡(jiǎn)單的、多工位的位移歷史(圖8)組成的對(duì)稱周期的增加幅度的目的是用于評(píng)估板條試件的抗震性能 11。位移(或漂移率)水平位移歷史是正負(fù)3毫米(0.25%)、6毫米(0.5%)、9毫米(0.75%)、12毫米(1%)、15毫米(1.25%)、18毫米(1.5%)、21毫米(1.75%)、30毫米(2.5%)、40毫米(3.3%)和60毫米(5%)。在每個(gè)偏移水平位移周期重復(fù)了三次去得到試件在一個(gè)特殊水平的重復(fù)行為。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果懸臂試樣受到的軸向壓縮載荷450 kn(軸向屈服載荷的32%),在自由端施加循環(huán)橫向荷載。實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了以下部分說(shuō)明側(cè)向位移怎么隨著側(cè)向載荷變化,橫向剛度,彎矩

13、和能量耗散能力平等的長(zhǎng)細(xì)比的試件在固定端有不同構(gòu)造的組合板條懸臂.4.1橫向荷載與橫向位移之間的關(guān)系圖9顯示了試件的側(cè)向載荷與側(cè)向位移之間的關(guān)系。彈性行為觀察試件漂移率為1.25%,曲線大概成線性關(guān)系。可收縮性 (Y)可以定義為試件的荷載位移曲線重大偏離線性行為的一個(gè)行為。裂縫的形式在白洗漂比率為1.5%時(shí)試件的可縮性能夠被檢測(cè)到,對(duì)應(yīng)于48.5 kN的橫向荷載。試件DC1C的局部屈曲被觀察到在面板位移比1.8%固定端附近,試件的全局側(cè)向翹曲被觀察到時(shí)位移比為3.1%,伴隨著主要組件面板固定端附近的差距減小。最大橫向荷載在試件DC1C 為68.5 kN,撓曲強(qiáng)度約為預(yù)期的70%。最大橫向負(fù)載由

14、試件DC1MR和DC2MR 分別為87.6 kn和71.9 kn，分別在位移比為3.2%和2.5%,的時(shí)刻。局部彎曲的組件的試件DC1MB和DC2MB觀察在 “盒子”結(jié)構(gòu)的區(qū)域后，位移比為 3.3%。最大橫向負(fù)載為99.0 kN,94.4 kN,分別在位移比為3.4%和3.2%。詳細(xì)的橫向負(fù)載峰值和橫向位移峰值在表5。滯回曲線顯示在試件有負(fù)的側(cè)向位移偏移水平有較高的橫向荷載。原因可能是試件在向上的位置放置時(shí)要對(duì)抗額外的重力的。因此,記錄橫向荷載值在一個(gè)方向比另一個(gè)方向高。因此,測(cè)試的橫向載荷為試件的在兩個(gè)方向上平均橫向荷載,重力荷載的作用是無(wú)效的。4.2 橫向剛度計(jì)算試樣的橫向剛度為橫向荷載與

15、單位橫向位移的比值。試樣的初始剛度DC1C為4.5 kN /毫米,而試件DC2MB為6.5 kN /毫米。DC1MR與試件DC1C相比初始剛度的增加了20%。同樣,試樣DC2MB是初始剛度的增加32%。隨著壓條的預(yù)期塑性鉸區(qū)域間距的減少,板條梁組合列的橫向剛度增加,試件的“盒子”配置預(yù)期塑性鉸區(qū)域表現(xiàn)出更高的橫向剛度。試件的橫向剛度隨著循環(huán)偏移水平下降而增加，在試件破壞時(shí)的剛度為同樣試件的初始側(cè)向剛度的40%。4.3 力矩-曲率關(guān)系試件在某一位置的彎曲可由應(yīng)變儀記錄的應(yīng)變計(jì)算。峰值水平位移對(duì)應(yīng)的應(yīng)變被用來(lái)確定試件的曲率。雙通道部分得到的理想moment-curvature假設(shè)材料彈塑性屈服應(yīng)力

16、為250 mpa。圖10顯示了雙通道部分實(shí)際moment-curvature與理想moment-curvature。試件DC1C在小彎矩承載能力下有小的曲率1.5×10-5。有最大曲率的試件是DC1MR和DC2MR，約為3.3×10-5,這是試件DC1C的兩倍。然而,試件未能達(dá)到預(yù)期的塑性力矩與曲率。相比之下,試件DC1MB和DC2MB達(dá)到5.3×10-5的曲率,這是試件DC1C的約3.5倍。此外,試件DC1MB和DC2MB達(dá)到截面預(yù)期塑性彎矩。理想的moment-curvature曲線的斜率是高于實(shí)驗(yàn)試件的moment-curvature。這是由于剪切壓條的靈活

17、性的影響,這一點(diǎn)并沒(méi)有考慮進(jìn)并沒(méi)有考慮理想moment-curvature曲線。4.4 能量耗散能力圖11顯示了試件在不同循環(huán)偏移水平的累積能量耗散。在某一和偏移程度的能量耗散計(jì)算以通過(guò)位移的三個(gè)周期的平均能量的消散為標(biāo)準(zhǔn)。試件DC1C顯示了在每個(gè)循環(huán)偏移能量耗散能力水平最少，可能達(dá)到理想的能量耗散約65%。試件DC1MR和DC2MR試件DC1C的損耗的能量,約為理想的能量耗散的80%以上。然而,試件DC1MB和DC2MB顯示更高的能量耗散能力。5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有限元的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果進(jìn)行比較。三種有限元模型,即FEM1,FEM2 FEM3類似于試件DCC,DCMR DCMB,分別進(jìn)行

18、了分析。四節(jié)點(diǎn)框架元素被用來(lái)模型主要部件以及壓條部件。1自由端施加450KN的壓縮載荷，載荷均勻?qū)ΨQ的分布在橫截面上可以消除偏心加載。靜態(tài)分析軸向壓縮載荷和模型的分析的狀態(tài)的初始條件被認(rèn)為是作為逐漸增加側(cè)向位移。利用非線性靜態(tài)分析在本研究進(jìn)行預(yù)測(cè)最大承載力以及板條的后屈曲行為。5.1載荷位移關(guān)系圖12(a)比較了試驗(yàn)荷載位移關(guān)系以及按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的模型的有限元研究。在有限元分析中最大橫向荷載由板條構(gòu)件約83.0 kn,約20%高于實(shí)驗(yàn)值。實(shí)驗(yàn)和有限元研究顯示完全相同橫向荷載和側(cè)向剛度當(dāng)有小的橫向位移時(shí)。當(dāng)有較高的側(cè)向位移時(shí)，有限元分析預(yù)測(cè)的橫向載荷高于實(shí)驗(yàn)。這可能是由于在組件開(kāi)發(fā)的焊接階段有殘余應(yīng)力的存在,固定端沒(méi)有絕對(duì)的固定和無(wú)意偏心加載,這些因素并沒(méi)有考慮在有限元分析。在有限元分析中，在固定端附近的面板減少板條間距的組合板條進(jìn)行橫向91.5 kn的載荷加載，約為實(shí)驗(yàn)值12%以上。圖12(b)顯示的比較減少板條間距的組合板的實(shí)驗(yàn)和有限元荷載位移關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果都能與模擬結(jié)果吻合。圖12(c)顯示的比較在靠近固定端有盒子構(gòu)造的組合板的試驗(yàn)荷載位移關(guān)系。平均最大負(fù)載大約是