梁柱节点是钢框架体系中不可缺少的一部分，节点的强度会影响到整个结构的抗震承载力[1-2]。在1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震中发现，刚接的钢框架在梁柱节点处容易发生脆性破坏，为了改善这一情况，国内外学者开始对半刚性连接展开了大量研究[1-3]。T型钢连接是半刚性连接的一种，具有良好的抗震性能，且在施工过程中不需要在现场施焊，工程质量容易保证。徐忠根等对螺栓孔距对承载力的影响做了一系列的分析[4-6]。郭超等对外伸端板进行了研究并做了有限元模拟对比[7]。王燕等对用外伸端板连接的梁柱边跨节点做了拟静力试验，提出了增加节点延性、防止脆性破坏的构造措施[8]。刘威等对有侧移的螺栓连接钢框架基本周期的计算方法进行了研究[9]。杨文伟等对门式刚架的半刚性节点连接进行了研究，推导了半刚性连接在荷载作用下的内力计算式[10]。
为了研究不同厚度的T型钢连接件对节点抗震性能的影响，在足尺试验的基础上，构建了2个不同厚度T型钢连接的梁柱中跨节点试件，按照JGJ/T 101—2015《建筑抗震试验规程》[11]，对有限元模型进行低周往复荷载作用模拟，分析了循环加载作用下T型钢的厚度对节点抗震性能的影响。
1 试验概况
1.1 试件设计与制作
按照GB 50017—2017《钢结构设计标准》[12]和JGJ 101—2015，制作了一个1∶1的T型钢连接钢框架中跨节点试验模型ZJ-1，具体尺寸见表1，试件全部采用Q235B热轧H型钢，节点部分柱高取上、下两层柱的反弯点之间，高度为3.12 m；取至柱两侧反弯点处的两段梁，每段梁长1.8 m。加劲肋与柱的连接、柱端端板连接以及梁的加劲肋的连接均采用焊接，焊条为E43型焊条；梁柱采用剖分T型钢连接件连接，螺栓类型为10.9级M22型螺栓，螺栓孔直径为23.5 mm；共使用螺栓32个。高强螺栓依据JGJ 82—2011《钢结构高强度螺栓连接技术规程》[13]采用扭矩扳手对高强螺栓施加大小为190 kN的预紧力。节点如图1所示。
表1 试件的主要参数
Table 1 Main parameters of the specimen mm
节点柱截面尺寸柱高梁长梁截面T型钢截面尺寸T型钢截取高度ZJ-1300×300×10×153120180035×175×7×11446×199×8×12270
a—节点示意；b—足尺试件。
图1 节点
Fig.1 Drawing of joint
1.2 试验装置及加载方式
对梁柱中框架节点进行拟静力试验，采用柱端加载方式(图2)，作动器与柱顶螺栓固定，梁端边界条件用水平定向滑动支座来模拟，柱底与万向支座相连，模拟柱底的边界条件，柱底沿梁方向侧边连接作动器，对柱底进行水平加载。
图2 柱端加载方案
Fig.2 Column end loading scheme
试验前，检查现场试验装置是否安全可靠，并对试验节点进行预加载，检测试验装置是否能够正常运行。试验开始，先对柱顶施加600 kN的轴向压力，轴压比为0.23，并在整个试验过程中，压力保持不变。水平加载采用荷载-位移的控制方法，采用荷载控制，通过作动器对柱底施加水平荷载，使连接件的屈服应变大致达到材性试验时材料的屈服应变，以确定节点的屈服位移，以此节点位移为基础对柱底进行逐级加载，直至节点变形过大，发生明显破坏，试验终止。
试验的滞回曲线与骨架曲线如图3和图4所示。
图3 试验滞回曲线
Fig.3 Hysteretic curves of the test
图4 试验骨架曲线
Fig.4 Skeleton curves of the test
2 有限元的建立
2.1 试件设计
选取了两个不同厚度的T型钢连接中跨节点作为分析对象，编号为YZJ-1、YZJ-2，具体尺寸见表2，梁柱通过T型钢连接件连接，螺栓采用10.9级M22高强度摩擦型螺栓，施加螺栓预紧力为190 kN。梁、柱和T型钢的弹性模量为210 GPa，泊松比为0.3，所有的摩擦均设置为接触，定义为Penalty，摩擦系数为0.3，螺栓孔与螺栓直径均为22 mm，螺栓和螺栓孔之间没有空隙。采用多线性随动强化模型模拟材料的非线性，由于该模型考虑了循环荷载下钢材的包辛格效应，使模型有限元结果更真实。为了便于描述，把节点分成4个区，分区见图5。每个区格内，将T型钢连接件翼缘上的螺栓自上而下分别标为螺栓1与螺栓2，T型钢连接件翼缘处的螺栓，靠近柱子的标为螺栓3，远离柱子的标为螺栓4。
图5 试件分区
Fig.5 Test specimen divisional diagram
表2 有限元试件的主要参数
Table 2 Main parameters of the finite element specimens mm
节点柱截面柱高梁长梁截面T型钢截面尺寸T型钢截取高度YZJ-1300×300×10×153120180035×175×7×11446×199×8×12270YZJ-2300×300×10×153120180035×175×7×11446×199×10×16270
2.2 加载制度
有限元加载时采用柱底位移荷载控制，按屈服位移循环加载。创建荷载步时，第一步为施加190 kN的螺栓预紧力，第二步在柱顶施加600 kN的轴向荷载，第三步开始按屈服位移在柱底循环施加水平的位移荷载，直至计算不收敛时停止。
3 有限元分析
3.1 螺栓预紧力
由图6的YZJ-2螺栓预紧力随加载等级变化的曲线可以看出：螺栓预紧力随加载等级的提升而呈下降趋势，1区、2区T型钢翼缘处的两个螺栓1与螺栓2变化趋势基本一致，螺栓预紧力衰减较快，同时两个螺栓预紧力波动幅度很大;对于梁上的螺栓，靠近T型钢翼缘的螺栓3预紧力下降较快，但波动较小，远离T型钢翼缘的螺栓4预紧力衰减较小，且波动和其他螺栓相比较小；3区、4区T型钢翼缘处的螺栓1与螺栓2在整个试验过程中有明显的波动，较1区、2区更加明显，且整体螺栓预紧力呈下降的趋势；T型钢连接件腹板处螺栓3与螺栓4的预紧力在加载初期有所下降，但在第6～9步时下降加快，第9步后，螺栓预紧力趋于平稳，说明3区、4区T型钢翼缘处的螺栓预紧力变化一致，且T型钢腹板处螺栓预紧力小于翼缘。综上可知，柱上的螺栓预紧力大于梁上的，对于梁上的螺栓，靠近T型钢翼缘的螺栓预紧力较大，说明节点在循环加载时，柱上的螺栓承担的荷载更大，同时1区、2区柱上螺栓预紧力小于3区、4区，因为在柱底施加位移荷载，而柱顶固接，所以靠近柱底的3区和4区的螺栓预紧力更大。
3.2 滞回性能
由图7所示的YZJ-1和YZJ-2两个节点的滞回曲线对比可以看出：YZJ-2的滞回曲线比YZJ-1的饱满且滞回环比YZJ-1的大，说明YZJ-2的延性和耗能能力比YZJ-1的强；YZJ-1的正向屈服承载力为185.83 kN，负向屈服承载力为-186.18 kN，YZJ-2的正向屈服承载力为295.83 kN，负向屈服承载力为-287.18 kN，YZJ-2的正、负向屈服承载力均有大幅提高，说明增大T型钢连接件的腹板和翼缘的厚度可以提高节点的承载力。图8是ZJ-1、YZJ-1和YZJ-2的骨架曲线对比。在加载初期，其荷载-位移曲线呈线性分布，说明此时节点处于弹性阶段，在节点达到屈服后，荷载-位移曲线呈非线性分布，且荷载增大变缓，说明此时节点已经进入了塑性变形。试验中柱底的压力是通过传感器测得的，由于挡板和压力传感器贴合因素的影响，试验结果相比于有限元的偏小。
3.3 刚度退化曲线
构件的刚度退化是指在位移保持不变的情况下，构件刚度随着加载循环次数的增加而降低。节点的刚度在节点屈服之前用F-s的切线刚度表示，在节点屈服后进入塑性变形，F-s曲线呈非线性分布，刚度采用F-s曲线的割线刚度来表示，即用式(1)来计算。
(1)
式中：Fi为任一级循环荷载下的承载力最大值；si为任一级循环荷载下的承载力最大值对应的位移。
由图9可以看出：3倍屈服位移之前，YZJ-1和YZJ-2两个模型的刚度下降都比较快，在3倍屈服位移之后，刚度下降都变得平缓，这是由于3倍屈服位移之前，螺栓杆和螺栓孔之间存在滑移；YZJ-2的初始刚度比YZJ-1的提高了16.27%，4倍屈服位移时YZJ-2的刚度比YZJ-1的提高了32.9%，6倍屈服位移时YZJ-2的刚度比YZJ-1的提高了31.5%，说明提高T型钢的厚度，可以增强节点的刚度。
a—1区；b—2区；c—3区；d—4区。
图6 螺栓预紧力变化曲线
Fig.6 Bolt pretightening force curves
a—YZJ-1；b—YZJ-2。
图7 滞回曲线
Fig.7 Hysteresis curves
—ZJ-1；
—YZJ-1；
—YZJ-2。
图8 骨架曲线
Fig.8 Skeleton curves
—YZJ-1；
—YZJ-2。
图9 刚度退化曲线
Fig.9 Stiffness degenerating cruves
4 结束语
1)节点处柱上的螺栓预紧力大于梁上螺栓的，梁上靠近T型钢翼缘的螺栓预紧力比远离T型钢翼缘的大，且柱上螺栓的预紧力较梁上螺栓的衰减快。
2)增加T型钢连接件的厚度，可以提高节点的承载力、耗能性能和刚度，即提高节点的抗震性能。
3)由于有限元分析中不考虑螺栓杆与螺栓孔的滑移，以及测量时传感器贴合等因素的影响，所以
[1] 王新武.钢框架梁柱连接研究[D].武汉：武汉理工大学，2003.
[2] 陈惠发.钢框架稳定设计[M].周绥平，译.上海：上海世界图书出版公司，1999.
[3] KISHI N,HASAN R.Study of Eurocode 3 Steel Connection Classification[J].Engineering Structure,1997,19(9):772-779.
[4] 徐忠根，甘仲伟，李志刚，等.不同螺栓边距对角钢连接性能影响的研究[J].钢结构，2017,32(10):44-49.
[5] 徐忠根，李志刚，李磊强，等.不同螺栓距离的连接板静力性能对比分析[J].建筑科学工程学报，2016，33(5)：44-49.
[6] 徐忠根，肖德俊，邓长根，等.不同端距下的螺栓连接板承载性能分析[J].水利与建筑工程学报，2018,16(4)：68-72.
[7] 郭超，刘秀丽，张然.高强度螺栓外伸端板连接有限元模拟方法研究[J].青岛理工大学学报，2013,34(6)：20-28.
[8] 王燕，彭福明，赵桂明.钢框架梁柱半刚性节点在循环荷载作用下的试验研究[J].工业建筑，2001,31(12)：55-58.
[9] 刘威，谭平，郝霖霏，等.考虑半刚性连接有侧移钢框架基本周期的计算方法[J].钢结构，2018,33(5)：6-10.
[10] 杨文伟，张文淑.门式刚架半刚性节点连接性能研究[J].钢结构，2017,32(8)：26-28.
[11] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震试验规程:JGJ/T 101—2015[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.
[12] 中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计标准：GB 50017—2017[S].北京：中国建筑工业出版社，2018.
[13] 中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构高强度螺栓连接技术规程:JGJ 82—2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.