结构钢材在±10%大应变下的循环加载试验

简述：

对结构钢材进行了拉压大应变循环加载的试验。为避免试件失稳，采用标距与直径比为1.13的特小标距试件。采用了循环拉伸、等幅升幅、等幅降幅、等幅交替、随机拉伸等不同的循环加载制度，使最大循环应变幅达到了±10%。

试验方案：

（1）试件设计

试件钢材为Q345B、Q420D钢板。钢板厚度为30mm。

单调拉伸试件基准件根据国家标准《金属材料室温拉伸试验方法：GB/T228-2002》设计，试件测量段的标距与直径比大于5，约为5.4，如图1所示；单调拉伸试验对比件同循环试验试件（图2）。循环加载试验试件参考国家标准《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法：GB/T15248-94》设计，试件测量段的标距与直径比为1.13，如图2所示。       

图1 单调拉伸试件（尺寸单位：mm）

       图2 循环加载试验试件（尺寸单位：mm）  

试件编号如表1所示：

表1  试件编号

（2）加载方案

（2.1）试验机采用MTS-880（500kN），加载装置见图3。

（2.2）加载制度采用单调拉伸和循环加载2种方式。循环加载制度见表2

                                                                                          表2 循环加载制度                                   

说明：表中括号内的数字为循环次数：a~d中每个应变幅下均循环5次；e中第一个应变幅分别循环13次（Q345B）和12次（Q420D），其余均循环5次；f、i中第一个应变幅循环1次，其余均循环5次；h中第一个应变幅循环6次，其余均循环5次；g的加载制度具体如表3。

表3 随机加载制度（g）

加载制度参考图4。

                          (a) 循环拉伸                                                         (b) 等幅升幅                                                             (c) 等幅降幅

  (d) 等幅交替                                                          (e) 累积等幅升幅 Ⅰ                                                 (f) 最大等幅升幅Ⅰ  

                                                     (g) 随机加载                                                    (h) 累积等幅升幅Ⅱ                                                    (i) 最大等幅升幅Ⅱ  

（3）测试方案

循环加载试件的拉伸变形，在观察到颈缩前（约15%应变）由标距10mm（-10%~+50%）的引伸计测量；之后按加载端的位移等待，由加载端的位移传感器测量，其过程对应循环加载制度完成后直至拉断为止的单调过程。全程荷载由加载端的力传感器测量。 

试验现象： 

单调加载试件破坏后情况分别如图5与图6。基准件颈缩段所占比例很小（图5），对比件所占比例较大（图6）。

图5 单调拉伸基准件试后图

图6 单调拉伸对比件试后图

循环加载试验卸除引伸仪前（图7左图）和加载制度完成后（图7右图）状况。

 图7 循环加载试件卸除引伸仪前（左图）                                                   图7 循环加载终止加载前（右图）

8 Q345试件断后情况 

                                                           图9 Q420试件断后情况

试验数据：

主要数据——循环加载试验曲线

       图10为试件345B-b试验曲线，左图为循环加载过程应力-应变曲线，纵坐标为真实应力（s），横坐标为真实应变（e），分别按公式（1）、（2）由实测的名义应力（s_nom）、名义应变（e_nom）值转换计算；右图为卸除引伸仪后的拉伸荷载-变形曲线。

          （1）

2）式中，l、l_o分别为变形后和变形前的标距间长度。

 图10 345B-b试验曲线

[附录]图10数据列表及说明

图11为试件345B-g试验曲线，说明同345B-b。

图12 420D-b试验曲线

[附录]图12数据列表及说明

图13为试件420D-g试验曲线，说明同345B-b。

 图13 420D-g试验曲线

[附录]图13数据列表及说明

参考文献：

关联文献及联系作者

以下文献公布了此项试验的部分关联数据。(The papers/literatures following have published the relating data of this research.) 

Feng Zhou, Yiyi Chen, Qi Wu. (2015). Dependence of the cyclic response of structural steel on loading history under large inelastic strain. JCSR, 104: 64-73

吴旗, 陈以一, 周锋. (2014).高强度钢材在±10%大应变下的循环加载试验. 建筑结构学报, 35(2): 89-94

Yiyi CHEN, Wei SUN, Tak-Ming CHAN. (2014). Cyclic stress-strain behavior of structural steel with yield strength up to 460 N/mm2. Frontier of Structural and Civil Engineering, 8(2):178-186

支持单位：

国家自然科学基金重点项目（50138008）

科技部国家重点实验室基础研究资助项目（SLDRCE08-A-04）

钢框架梁柱焊接节点超低周疲劳试验

简述：

       为研究不同的梁柱连接构造细节、加载制度对节点超低周疲劳性能的影响，开展了三类梁柱焊接节点试件的超低周循环加载试验，分析了焊接节点的裂纹起始位置和扩展特性，进而揭示断裂破坏机理。

试验方案：

（1）试件设计

  对于钢框架梁柱焊接节点试件，选用“强柱弱梁”设计，粱截面：H350mm×150mm×8mm×12mm，柱截面：H450mm×250mm×12mm×16mm，如图1所示。梁柱母材均选用Q345B钢材，梁的翼缘腹板与柱翼缘的连接均采用全熔透破口焊（CJP），ER50-6焊丝，焊缝等级为一级。在梁翼缘与柱翼缘焊接完成后，切除垫板，清除焊根并用角焊缝补焊。

图1 梁柱焊接节点示意图

设计了3种不同构造措施的节点试样，其几何尺寸如图2－图4所示。第一种节点试样（GJ）设有焊接孔，并且焊接孔的形状选用《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》8.3.4条的推荐形式；第二种节点试样（LJ）焊接孔的孔形采用两种长圆孔形式；第三种节点试样（LJR）仍采用长圆孔形状的焊接孔形，但在梁翼缘处采用加肋板的形式。

（2）加载方案

本次试验在同济大学建筑结构试验室多功能加载试验台座上进行，试验加载的三维示意图和实景图如图5、图6所示。试件沿着东西方向水平放置，用压梁将柱的两端固定在自平衡反力架上，柱一端支撑于反力架，另一端通过1000kN的千斤顶施加柱轴力，预加柱轴力450kN，柱子轴压比为0.1。梁端通过伺服作动器施加循环载荷，伺服作动器加载中心距柱翼缘的高度为1300mm。为防止节点试件在加载过程中出现平面外失稳或其他意外，试件的南北两侧均布置了侧向支撑。

                                             图5 梁柱焊接节点超低周疲劳试验加载三维示意图                                                   图6 梁柱焊接节点超低周疲劳试验加载装置实景图

试件编号及加载制度如表1所示，图7分别给出了滞回加载制度、等幅加载制度和随机加载制度，其中dy为屈服位移，dy=16.5mm，另外，表2给出了随机加载制度具体的位移控制参数。

表1  梁柱焊接节点的加载制度

图7 梁柱焊接节点的加载制度

表2 随机循环加载制度的位移控制参数

试验现象：

试验观察和破坏现象　

       图8给出了GJ类节点裂纹易起裂的位置，LJ类节点易起裂的位置与GJ类节点类似，LJR节点裂纹易起裂的位置如图9所示。表3总结了焊接节点破坏过程中的裂纹起裂位置、相应的循环周次以及节点最终破坏时的循环周次。

       对于GJ类节点和LJ类节点，随着往复加载的增加，在一侧焊接孔梁翼缘焊趾处先产生裂纹。裂纹随着循环加载的进行沿着翼缘的厚度方向逐步扩展，当裂纹穿透翼缘壁厚后，裂纹沿着翼缘的厚度方向迅速扩展，最终贯穿整个翼缘截面。每个节点最终的破坏特征以及断面处的裂纹扩展特征如图10－图13所示。

        对于LJR类节点，节点进入塑性循环后，两侧翼缘和加肋板上的油漆产生开裂脱落现象。随着加载幅值的增加，两侧加肋板梁翼缘处产生裂纹，两侧的翼缘和腹板相继进入屈曲状态，裂纹扩展缓慢，但屈曲程度越来越严重。当梁端水平荷载最大值降至整个加载过程峰值的85%以下时结束试验。节点的最终破坏特征如图14所示。

表3 焊接节点试件的破坏位置和特征循环周次

                                                                                    （a）焊接孔A                                                                       （b）焊接孔B

图8 GJ类梁柱焊接节点裂纹可能起始的位置

                                                                                     （a） 焊接孔C                                                                      （b）焊接孔D

图9 LJR类梁柱焊接节点裂纹可能起始的位置

                                                                             （a）整体破坏图                                                                      （b）焊接孔B侧翼缘断面图

  图10 GJ-H节点试件最终破坏图

                                                                                （a）整体破坏图                                                                （b）焊接孔C侧翼缘断面图

图11 LJ-H节点试件最终破坏图

                                                                            （a）整体破坏图                                                              （b）焊接孔B侧翼缘断面图

 图12 GJ-C节点试件最终破坏图

                                                                                  （a）整体破坏图                                                           （b）焊接孔C侧翼缘断面图

图13 LJ-R节点试件最终破坏图

                                                                               （a）整体破坏图                                                                  （b）D侧加肋板梁翼缘焊趾处的裂纹

图14 LJR-H节点试件最终破坏图

试验数据：

参考文献：

关联文献及联系作者 ：　

以下文献公布了此项试验的部分关联数据。(The papers/literatures following have published the relating data of this research.) 

黄学伟. 地震作用下梁柱焊接节点超低周疲劳断裂试验研究与损伤预测分析. 同济大学. 博士论文. 2015.

Lewei Tong, Xuewei Huang, Feng Zhou, Yiyi Chen. Experimental and numerical investigations on extremely low cycle fatigue fracture behavior of steel welded joints. Journal of Constructional Steel Research. (审稿中)

联系作者：

童乐为（Lewei Tong）

Tel.: +86 21 65986551; fax: +86 21 6598 6345. tonglw@tongji.edu.cn

支持单位：

国家自然科学基金重点项目（50138008），科技部国家重点实验室基金资助（SLDRCE10-B-08）

Q345钢基于微观机制的延性断裂判据参数校准试验

简述：

对Q345钢母材、熔敷金属和热影响区三种材料制成的光滑圆棒试件进行单轴拉伸试验，以提供模型校准需要的基本应力应变数据，以及材料弹性模量、强度和延性的基本信息。对三种材料制成的圆周平滑槽口试件进行单轴拉伸试验，以校准单调荷载作用下的微观断裂判据参数。对三种材料制成的圆周平滑槽口试件进行反复加载试验，以校准往复荷载作用下的微观断裂判据。对三种材料圆周平滑槽口单向拉伸试验拉断试件进行断口扫描电镜试验，以测得三种材料的特征长度。

试验方案：

（1）试件设计

加工的试件为图1所示的40mm厚两块钢板T形连接，钢板采用Q345钢，用对接与角接组合焊缝全焊透连接，钢板开45°坡口，采用二氧化碳气体保护焊，加垫板，焊丝采用大西洋CHW50C8，直径,1.2，焊缝采用UT超声波探伤，质量等级为一级，制作图1所示的试件7个（每个试件可抽取3个钢材圆棒试件，3个焊缝圆棒试件和3个热影响区圆棒试件），试件做好以后沿长度方向用圆盘锯成三等分便于取圆棒试件。

圆棒试件用来做单轴拉伸试验（试件尺寸和数量分别见图2和表1），圆周平滑槽口单向拉伸试验（试件尺寸和数量分别见图3和表2）和反复加载试验（试件尺寸和数量分别见图3和表3）。

图1 钢板T形焊接连接试件 

从图1所示的钢板T形焊接连接件中抽取并制作母材，熔敷金属和热影响区光滑圆棒试件各3个，共9个进行单轴拉伸试验，试件设计尺寸如图2所示，试件编号及实测尺寸见表1。

                                                                                                                                                                                    表1 单轴拉伸试验试件编号和实测尺寸一览表

图2 光滑圆形拉伸试件	材料	编号	夹持段直径 （mm）	标距段直径 （mm）	夹持长度 （mm）	中间段长 （mm）
	母材	1-1	24.94	12.52	55.60	74.62
		2-1	25.03	12.58	55.44	74.62
		3-1	25.01	12.54	55.25	73.71
	熔敷金属	1-2	24.90	12.56	55.09	74.40
		2-2	24.96	12.41	50.03	75.95
		3-2	25.01	12.56	54.83	74.82
	热影响区	1-3	25.01	12.48	54.52	74.71
		2-3	24.95	12.27	55.14	75.05
		3-3	25.25	12.38	56.23	73.73

                           图2 光滑圆形拉伸试件                 

从图1所示的钢板T形焊接连接件中抽取并制作母材、熔敷金属和热影响区三种材料的圆周平滑槽口试件进行单向拉伸试验，每种材料取三种不同的槽口半径R=1.5mm，3.125mm和6.25mm，每种形式的试件制作2个，共18个试件。试件设计尺寸如图3所示，试件编号及实测尺寸见表2。

                                                                                                                                         表2 圆周平滑槽口拉伸试验试件编号和实测尺寸一览表

图3 圆周平滑槽口试件	材料	槽口半径 （mm）	编号	夹持段直径 （mm）	标距段直径 （mm）	夹持长度 （mm）	中间段长 （mm）	开槽处直径 （mm）
	母材	1.5	4-1	24.94	12.50	54.86	74.85	6.26
			5-1	24.93	12.49	51.18	75.24	6.24
		3.125	10-1	25.00	12.53	55.10	75.15	6.22
			11-1	24.95	12.63	54.67	74.84	6.20
		6.25	16-1	24.93	12.54	54.81	75.25	6.36
			17-1	24.84	12.54	54.82	75.00	6.27
	熔敷 金属	1.5	4-2	25.02	12.54	55.38	74.81	6.17
			5-2	24.77	12.54	54.87	74.95	6.24
		3.125	10-2	25.02	12.56	54.33	74.88	6.30
			11-2	24.90	12.55	55.12	74.86	6.34
		6.25	16-2	24.99	12.53	55.03	75.20	6.20
			17-2	24.90	12.52	55.04	75.15	6.33
	热影 响区	1.5	4-3	25.04	12.53	55.35	74.98	6.19
			5-3	24.80	12.48	55.23	74.77	6.24
		3.125	10-3	24.93	12.57	54.91	74.62	6.29
			11-3	25.07	12.56	55.40	74.22	6.28
		6.25	16-3	25.00	12.55	54.55	75.89	6.26
			17-3	24.91	12.57	55.88	74.86	6.27

从图1所示的钢板T形焊接连接件中抽取并制作母材，熔敷金属和热影响区三种材料的圆周平滑槽口试件，与单调加载情况类似（试件设计尺寸同单调加载情况，试件编号及实测尺寸见表3），共36个试件。

表3 圆周平滑槽口反复加载试验试件编号和实测尺寸一览表

（2.1）圆棒试件单轴拉伸试验和圆周平滑槽口试件单向拉伸试验在同济大学材料力学试验室电子万能试验机上进行，采用的引伸计标距为50mm, 延伸率为30%，加载装置见图4。    （2）加载方案

图4 单向拉伸试验加载装置

圆周平滑槽口试件反复加载试验在上海交通大学力学试验室MTS809试验机上进行，采用的引伸计标距为25mm，加载装置见图5图4 单向拉伸试验加载装置

图5 圆周平滑槽口试件反复加载试验加载装置

对Q345钢母材，熔敷金属和热影响区三种材料圆周平滑槽口单向拉伸试验拉断的9个试件进行断口扫描电镜试验，以测得三种材料的特征长度。试验在同济大学材料学院测试中心场发射扫描电子显微镜实验室进行，试验机型号为QUANTA 200 FEG（见图6）。

图6 扫描电镜试验装置

（2.2）加载制度采用单调拉伸和循环加载2种方式。循环加载制度采用两种不同形式，第一种是在两个指定的变形间施加循环荷载，直至在最后一个受拉循环中发生断裂（CTF），采用应变控制加载；第二种是在较低的幅度范围内对试件施加循环荷载，然后施加一个拉力直至发生断裂（C-PTF），也采用应变控制加载。加载制度参考图7。

                             （a）CTF (0 0.02)                                                                                                 （b）C-PTF 5(0                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 0.01)

                                                                  图7 圆周平滑槽口试件反复加载试验加载制度

（3）测试方案

      单轴拉伸圆棒试件的拉伸变形，在观察到颈缩前由标距50mm的引伸计测量；之后按加载端的位移等代，由加载端的位移传感器测量，直至拉断为止。全程荷载由加载端的力传感器测量。

圆周平滑槽口单调拉伸和反复加载试件的变形，分别由标距50mm和25mm的引伸计测量直至拉断为止。全程荷载由加载端的力传感器测量。

试验现象：

试验观察和破坏现象　

单轴拉伸圆棒试件的断口部位具有明显的颈缩现象，断口表面中心部位粗糙呈絮状，外围出现了与轴线呈45度斜角的“剪切唇”，呈典型的“杯锥形”断口形态。

圆周平滑槽口单调拉伸和反复加载试件均在槽口根部最小横截面处发生断裂。试件断口表面中心区域呈粗糙状，外围与加载轴线呈45度斜平面，断口形态呈“杯锥形”。

       圆周平滑槽口反复加载试件破坏前的形态见图8。

图5 单调拉伸基准件试后图

试验数据：

主要数据——循环加载试验曲线    　

(1)  圆棒试件单轴拉伸试验

在单轴拉伸试验中得到的数据是以名义应变和名义应力表示的，其计算公式为：    

                                                （1）

其中，是试样标距段的长度变化量；是试样的标距段长度；F是荷载；是试样标距段的初始截面面积。

单轴拉伸试验所得的各母材，熔敷金属和热影响区试件的屈服强度sy、极限强度su、弹性模量E结果列于表4，图9给出了各试件名义应力应变曲线。

            （a）母材试件应力应变曲线                （b）熔敷金属试件应力应变曲线             （c）热影响区试件应力应变曲线

图9 单轴拉伸试验结果

表4 单轴拉伸试验结果

为了准确地描述大变形过程中截面面积的改变，需要使用真实应变    和真实应力    ，它们与名义应变     和名义应力     之间的换算公式

其中，l是试样标距段的当前长度；A是试样标距段当前的截面面积。

真实应变      是由塑性应变和弹性应变   两部分构成的。在ABAQUS中定义塑性材料参数时，需要使用塑性应变     ，其表达式为：

上述三种材料的名义应力应变曲线均只根据试验数据画到摘引伸计前，实际上材料在摘引伸计后到断裂发生前还能发生很大的变形，在ABAQUS有限元模型中用到的材料真实应力-塑性应变曲线应延伸到断裂时刻。为此，需要测量单轴拉伸试件断后的直径和断裂时所能承受的力，按下式（5）、（6）计算断裂时刻的真实应力和应变，计算结果见表5。

由试件标距段材料体积守恒，即    可得：

式中  是试件标距段的初始直径,     是试验结束后测得的试件标距段的断裂直径。三种材料的真实应力-塑性应变曲线应由摘引伸计前的试验曲线延伸到断裂点，如图10所示。

表5 单轴拉伸试件断裂时的真实应力和应变

                                                                 (a) 母材                                                          (b) 熔敷金属                                                        (c) 热影响区

2)  圆周平滑槽口试件单向拉伸试验　  

对母材、熔敷金属和热影响区三种材料制成的圆周平滑槽口试件进行单轴拉伸试验，得到的各试件力-变形（标距段）试验曲线如图11所示。

                                                    (a) 试件4-1                                                                              (b) 试件5-1

                                                               (c) 试件10-1                                                                                          (d) 试件11-1

                                                    (e) 试件16-1                                                                           (f) 试件17-1

                                                            (g) 试件4-2                                                                                                (h) 试件5-2

                                                (i) 试件10-2                                                                                  (j) 试件11-2

                                              (k) 试件16-2                                                                                   (l) 试件17-2

                                               (m) 试件4-3                                                                                   (n) 试件5-3

                                                 (o) 试件10-3                                                                               (p) 试件11-3

                                             (q) 试件16-3                                                                                 (r) 试件17-3

图11 各圆周平滑槽口单调拉伸试件力-变形试验曲线

（3）  圆周平滑槽口试件反复加载试验

对母材、熔敷金属和热影响区三种材料制成的圆周平滑槽口试件进行反复加载试验，得到的各试件力-变形（标距段）滞回曲线如图12和图13所示。

                                                      (a) 试件6-1                                                                                                (b) 试件7-1

                                        (c) 试件12-1                                                                                      (d) 试件13-1

                                          (e) 试件18-1                                                                                                      (f) 试件19-1

                                                (g) 试件6-2                                                                                                             (h) 试件7-2

                                         (i) 试件12-2                                                                                        (j) 试件13-2

                                            (k) 试件18-2                                                                                         (l) 试件19-2

                                           (m) 试件6-3                                                                                          (n) 试件7-3

                                              (o) 试件12-3                                                                                        (p) 试件13-3

                                           (q) 试件18-3                                                                                                (r) 试件19-3

                                                                图12 各圆周平滑槽口反复加载试件力-变形试验曲线(CTF)

                                                  (a) 试件8-1                                                                                        (b) 试件9-1

                                        (c) 试件14-1                                                                                             (d) 试件20-1

                                                (e) 试件21-1                                                                                               (f) 试件14-2

                                          (g) 试件15-2                                                                                                (h) 试件20-2

                                           (i) 试件21-2                                                                                               (j) 试件8-3

                                        (k) 试件9-3                                                                                             (l) 试件14-3

                                          (m) 试件15-3                                                                                             (n) 试件20-3

                                        (o) 试件21-3

试件15-1、8-2和9-2由于加工质量问题，在加载循环不到五周时就发生了破坏，其试验数据不可用。

(4)  扫描电镜试验　

通过扫描电镜试验，得到典型断裂表面如图14所示。对三种材料特征长度取两个界限值和一个平均值，下限是平均波纹直径的两倍，上限是观察电子照片得到的最大凸起或凹陷部分的长度，的平均值为大概10个凸起或凹陷长度的平均值。表6列出了每个试件特征长度的上限、平均值和下限，三种材料的特征长度平均值在0.201-0.329mm范围内。

                                              (a) 试件4-1断面                                                                                        (b) 试件4-1断面放大

                                          (c) 试件4-2断面                                                                                            (d) 试件4-2断面放大

                                         (e) 试件4-3断面                                                                                           (f) 试件4-3断面放大

                                              (g) 试件10-1断面                                                                                     (h) 试件10-1断面放大

                                        (i) 试件10-2断面                                                                                            (j) 试件10-2断面放大

                                           (k) 试件10-3断面                                                                                        (l) 试件10-3断面放大

图14 电子显微镜观察的典型断裂表面

表6 各试件测得的特征长度

参考文献：

关联文献及联系作者     　

Fangfang Liao, Wei Wang, Yiyi Chen. (2015). Ductile fracture prediction for welded steel connections under monotonic loading based on micromechanical fracture criteria. Engineering Structures, 94(2015): 16-28

王伟，廖芳芳，陈以一. (2014).基于微观机制的钢结构节点延性断裂预测与裂后路径分析，工程力学，31 (3): 101-108, 115

廖芳芳，王伟，陈以一. (2014).往复荷载下钢结构节点的超低周疲劳断裂预测，同济大学学报（自然科学版），42 (4): 539-546, 617

Fangfang Liao, Wei Wang, Yiyi Chen. (2012). Parameter calibrations and application of micromechanical fracture models of structural steels. Structural Engineering and Mechanics, 42 (2): 153-174

联系作者

王伟（Wei Wang）

Tel.: +86-21-6598 2926; fax: +86-21-6598 4976；weiwang@tongji.edu.cn

支持单位：

国家自然科学基金重点项目（51038008）

国家自然科学基金项目（51378380）

高等学校博士学科点专项科研基金（20070247048）

圆钢管柱-H形梁子结构抗连续性倒塌性能试验

简述：

       以H形梁-圆管柱外环板焊接节点为研究对象，对节点及其连接的梁柱构件组成的子结构施加竖向单调荷载，直至试件在大变形条件下完全丧失竖向承载力。梁外端设置固定铰约束以发挥水平拉结力，中柱底端设置竖向滑动约束以模拟中柱失效工况。

试验方案：

（1）试件设计

试件采用Q345B钢材。梁截面为H300×150×6×8mm，圆管柱截面为Ø351×12mm，外环板厚度为8mm，最小外伸宽度为25mm，节点区环板外伸段与梁端采用全焊连接。试件命名为CO-W。试件水平长度为4500mm，梁跨高比为15。试件节点区构造如图1所示。

图1  试件CO-W节点区构造（尺寸单位：mm）

（2）  钢材材性

    钢材的材性由标准拉伸试验确定，材性试验的试样与试验构件为同批钢材。每种批次及厚度的钢材各取三个试样。试件CO-W的材性试件分为3组：

（1）BF-8，取自梁翼缘，名义厚度为8mm；

（2）BW-6，取自梁腹板，名义厚度为6mm；

（3）CT-12，取自圆管柱，名义厚度为12mm。

  三组组材性试验的工程应力（σEng）-工程应变（εEng）关系曲线见图2，变换为真实应力-应变结果后的平均值数据列于表1。

图2  试件CO-W钢材材性试验的工程应力-应变关系曲线

表1 试件CO-W的钢材材性试验结果

（3）  加载方案

（3.1）试验装置如图3所示，由端部的三角反力架、底部的可拆卸地梁以及中部的柱底滑动约束装置组成。

    （1）整套装置为对称的水平自平衡反力装置，可自行平衡由试件在发挥悬链线效应时对梁端支座产生的较大水平力。三角反力架通过耳板及销轴与梁端相连，实现平面铰约束。

    （2）试件柱顶连接作动器加载头，加载头仅施加竖向荷载。

    （3）柱底滑动约束装置使中柱仅进行竖向滑动，中柱底部有约400mm竖向滑动空间。

（3.2）加载制度采用位移控制的单调加载方式，分级加载并观测现象。对梁柱子结构试件的中柱柱顶施加竖向荷载的方式，加载速率不大于7mm/min，满足静力加载要求。　

图3 加载装置

（4） 测试方案

    本试验测量目标包括：

    （1）柱顶荷载：由作动器力传感器获取；

    （2）节点试件的竖向构形：由位移计获取；

    （3）梁柱重要截面的应变分布及内力状态：由应变片获取；

    （4）支座位移监测，由位移计获取。

位移计的测点布置如图4所示。应变片测点布置如图5所示，其中截面W2/E2上下翼缘轴向应变采用大量程应变计（最大应变量程可达0.15）。

（5） 分析参数

     （5.1）将柱顶竖向位移Δ采用单侧梁的轴线间长度Lb=2250mm进行归一化，定义为梁弦转角θ，用以表征梁柱子结构的相对变形量。

     （5.2）截面承载力

               根据表1的钢材材性试验结果，取梁截面钢材的实测屈服强度为fy=400MPa，计算得：

               梁截面全截面轴拉屈服承载力  Np =1641 kN

               梁截面全截面塑性抗弯承载力  Mp =188 kNm

               梁截面腹板抗剪屈服承载力     Vp =394 kN

    （5.3）截面承载力

如图6所示，在最不利截面W2/E2达到其理论全截面塑性抗弯承载力，即形成塑性铰时，梁柱子结构的竖向承载力Fp =194kN。

图6 梁柱子结构的的简支梁计算模型

（5.4）截面内力

       位于铰支座附近的梁截面W1/E1在加载过程中保持弹性，因此截面轴力N1、弯矩M1以及剪力V1，可分别依据下式进行计算，式中E=2.06×105MPa为钢材弹性模量，A为截面面积，I为截面绕强轴惯性矩，(Σε)/n为参与计算的n个应变的平均值，Δε/Δh为截面曲率，l1为计算截面距反弯点（即梁端铰支座）的长度。

图7 试件支座反力与截面内力分析模型

试验现象：

试验观察和破坏现象

试验加载的最大位移为Δmax=361mm，对应于梁弦转角为θmax=0.161rad，试验结束时节点已完全失效。试验后的节点部位破坏形态如图8所示，试件的整体变形如图9所示。试件的破坏发生在节点外伸段与梁端的连接部位，破坏现象及破坏过程列于表2中，表中参数Fp与θ的含义已在“分析参数”一节中说明。

表2 试件CO-W的破坏现象及破坏过程

试验数据：

  主要数据——循环加载试验曲线 　

 （1）试件竖向变形形态发展

    图10为加载过程中，试件的整体竖向变形图，其中Δ为柱顶加载位移，位移计测点的位移值δ以向下为负。

图10  试件CO-W的竖向变形形态发展

（2）荷载-位移曲线

试件CO-W的柱顶荷载-柱顶位移关系曲线如图11所示，标明了各关键试验现象，并分别对应表2中各图。

图11 试件CO-WB的柱顶荷载(F)-柱顶位移(Δ)关系曲线

（3） 弹性梁段截面W1/E1应变发展曲线

         图12为梁截面W1/E1所布置的应变测点的发展曲线。

图 12  试件CO-W的W1/E1截面各测点的应变发展曲线

（4） 最不利截面W2/E2的应变发展曲线

         图13为最不利截面W2/E2的上下翼缘轴向应变测点的应变发展曲线，图13中T表示测点位于梁截面的上翼缘，B表示测点位于梁截面的下翼缘。

图13  试件CO-W 的最不利截面W2/E2的上下翼缘测点的应变发展曲线

（5）内力与支座反力发展曲线

        图14为梁截面W1/E1的轴力N和剪力V的发展曲线，图15为西侧梁和东侧梁各测试截面的弯矩M的发展曲线。截面内力的计算方法已在“分析参数”一节中说明。图14和图15中纵坐标对    轴力N、剪力V以及弯矩M分别采用Np，Vp和Mp进行归一化。

       对母材、熔敷金属和热影响区三种材料制成的圆周平滑槽口试件进行单轴拉伸试验，得到的各试件力-变形（标距段）试验曲线如图11所示。

图 14  试件CO-W的W1与E1截面轴力和剪力发展曲线

图 15  试件CO-W的截面弯矩发展曲线

参考文献：

关联文献及联系作者 　　

以下文献公布了此项试验的部分关联数据。(The papers/literatures following have published the relating data of this research.)

李玲, 王伟, 陈以一. (2015). 钢管柱框架节点在连续性倒塌工况下的破坏模式与鲁棒性. 建筑结构学报,36(4):9-15.　

王伟, 李玲, 陈以一，严鹏. (2014). 圆钢管柱-H形梁外环板式节点抗连续性倒塌性能试验研究. 建筑结构学报, 35(7):26-33.

Ling LI, Wei WANG, Yiyi CHEN, Yong LU. (2013). Experimental investigation of beam-to-tubular column moment connections under column removal scenario. Journal of Constructional Steel Research, 88:244-255.

联系作者：

王伟（Wei Wang）

Tel.: +86-21-6598 2926; fax: +86-21-6598 4976；weiwang@tongji.edu.cn

支持单位：

国家自然科学基金项目（51008220）

土木工程防灾国家重点实验室基金项目 （SLDRCE09-B-02）