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步骤2：正常加载。正常加载的加载速度取为20毫米/分钟。正常加载的前6个周期为等幅加载，相应的位移幅值为0.05Δ；之后的加载包括主循环和次循环加载，其中主循环加载的位移幅值由0.075Δ逐次增加2.5Δ，相应的次循环的位移幅值取为主循环位移幅值的75%。次循环包括2～3次的等幅重复加载，如图5所示。 1.3 测量方案 125 试验中主要量测节点承受的弯矩和相应的转角。其中，弯矩主要根据梁柱水平荷载（液压伺服作动器内置测力计测量获取）计算得到；而节点的转角量测包括胶合木梁相对于胶合木柱的转角θBC，钢板相对于胶合木柱的转角θSC，以及胶合木梁相对于钢板的转角θBS。具体的量测采用布置于胶合木梁、钢板和胶合木柱表面的位移传感器（量程300毫米）实现，如图6中所示。 130 图6 胶合木梁柱螺栓节点试验布置图 图6中，位移传感器D1用于测量梁顶端水平位移；位移传感器D4用于测量节点整体水平位移；位移传感器D2和D3用于测量胶合木梁相对于柱的转角；位移传感器D6和D7用于测量钢板相对于柱的转角；位移传感器D5用于测量加载头的竖向位移。 135 钢结构反力墙 作动器 胶合木梁 胶合木柱 位移传感器 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 反力架 钢填板 钢块 地面 时间 0.0 位移幅值 2.5Δ 2.5Δ 1.5Δ 0.5Δ -0.5Δ -1.5Δ -2.5Δ 2.0Δ 1.5Δ 1.0Δ 0.7Δ 2 试验结果 2.1 破坏模式 2.1.1 单调加载试验 两个试件（S1、S2）在加载初期均表现出较低的刚度，这主要是由于螺栓和胶合木构件上的预钻螺孔之间的空隙较大，导致初期接触不充分。随着的荷载的增加，节点的刚度有140 明显的提高，节点的侧向位移也随之提高，梁柱间的间隙（初始预留5毫米间隙）减小乃至发生局部接触。 临近最大荷载时，节点试件S1（水平布置规格材，见表1）在梁柱局部接触处发生剪力犁破坏（shear plug failure）。此外，螺孔周边木材发生较大的局压变形，并在木材顺纹方向沿两列螺栓连线位置发生横纹劈裂破坏且裂缝不断发展，最后贯穿全梁（图7）。 145 图7 单调加载试验试件破坏模式对比 将梁构件沿螺孔中心剖开可以观察到典型的Johansen I类屈服模型[7]，即，与螺栓接触的木材发生较大的局压变形，而螺栓和钢板并未发生显著破坏。剖开柱构件发现螺栓在与钢板接触处形成塑性铰，因而可认为在柱中产生了Johansen II类屈服模型（图8）。 150 图8 梁柱螺栓－钢填板节点螺栓屈服模型对比 节点试件S2（竖向布置）的变形发展过程与S1类似，同样在试件破坏时产生了贯穿整 变形后螺孔轴线 梁构件 变形后螺孔轴线 柱构件 试件S1 试件S2 剪力犁破坏 个胶合木梁的横纹劈裂裂缝；然而试件S2的剪力犁破坏不明显，横纹劈裂裂缝的裂缝宽度也较试件S1小。切开螺孔并观察螺栓和螺孔变形可以发现类似试件S1的屈服模型，即在155 梁中为I型屈服，柱中为II型屈服模型。 2.1.2 低周反复加载试验 用于低周反复加载试验的两个试件的裂缝开展较单调荷载试验节点更为充分，在达到最大荷载之前发生剪力犁破坏，并在达到极限荷载时在试件两侧形成沿同列螺栓连线的横纹劈裂裂缝（图9）。此外，螺栓的屈服模式也和单调加载试验相同，即在梁构件形成I型屈服160 模式，柱构件中形成II型屈服模式。其中，试件S4(竖向布置)在达到破坏荷载之前经历了更大的变形，因此螺孔周边木材局压变形更为显著，并在螺栓群中心区域发生顺纹弯曲破坏。这表明，竖向布置的节点试件的破坏荷载接近梁构件的弯曲极限荷载，因而较节点试件S3的破坏模式更具有延性特征。 165 图9 低周反复加载试验节点破坏模式对比 2.2 弯矩－转角关系试验结果 根据单调加载试验结果对节点试件S3和S4的低周反复加载试验位移幅值参考值Δ分别取为70和120毫米。各节点的弯矩-转角试验曲线如图10中所示。其中，节点弯矩由液压伺服作动器量测的水平力分量计算，根据弯矩参考点的不同可分为基于柱构件螺栓中心计170 算的弯矩Mcolumn和基于梁构件螺栓中心计算的弯矩Mbeam。相应的节点转角包括梁构件相对柱构件的转角θBC、钢板相对柱构件的转角θSC以及梁构件相对钢板的转角θBS。 图10中低周反复加载实验节点的正向和反向加载循环对应的弯矩－转角曲线并不对称，这主要由两方面原因引起：1）节点的螺孔隙不均匀，导致螺孔周边木材和螺栓接触不对称，因而导致正向加载和反向加载实验曲线不对称；2）节点在正向加载之后已带有损伤，175 该损伤会导致反向加载循环中的节点刚度下降和转角增大。 试件S3 试件S4 弯曲破坏 0204060051015202530弯矩(kN.m)转角(°)Mcolumn-θBCMcolumn-θSCMbeam-θBS试件S1 0204060051015202530弯矩(kN.m)转角(°)Mcolumn-θBCMcolumn-θSCMbeam-θBS试件S2 -60-40-200204060-20-15-10-505101520弯矩(kN.m)转角(°)试件S3 -60-40-200204060-20-15-10-505101520弯矩(kN.m)转角(°)试件S4 180 图10 胶合木梁柱螺栓－钢填板节点弯矩－转角关系试验结果 根据图10中的试验曲线可以进一步计算节点的刚度k、屈服弯矩My、最大弯矩Mmax以及破坏弯矩Mf和相应的转角θy、θmax和θf。本文中根据柱弯矩Mcolumn和梁相对柱的转角θBC的关系曲线计算相应弯矩和转角值，具体结果详见表2。 表2 胶合木梁柱螺栓－钢填板节点单调和低周试验结果 185 编号 k (kN.m/°) My (kN.m) θy (°) Mmax (kN.m) θmax (°) Mf (kN.m) θf (°) S1 6.10 -- -- 39.38 9.58 32.76 9.58 -- S2 7.97 37.58 5.58 49.93 15.5 39.95 16.07 2.88 S3+ 8.07 36.61 4.92 37.86 5.74 29.29 10.03 2.04 S3- 7.93 -35.86 -5.64 -44.26 -12.09 -28.68 -17.652 3.13 S4+ 9.14 31.19 4.85 35.6 7.76 24.95 10.83 2.23 S4- 9.10 -33.78 -5.51 -37.29 -7.94 -27.02 -20.47 3.72 注：表中行S3+和S3-分别代表基于节点正向和负向加载循环计算的结果，以下类同。 本文中的节点刚度根据加载初期弯矩和转角曲线的切线计算。考虑到节点试验曲线的高度非线性以及由于为了便于组装而采用的较大的螺孔间隙（oversize）所引起的节点初始刚度偏低（slack behavior）现象[18]，分别取对应于最大荷载的20%和40%的弯矩和相应的转角数值计算初始刚度。节点屈服弯矩的计算方法同样考虑了节点螺孔间隙的影响，采用1/6的190 节点初始刚度作节点弯矩－转角曲线的切线并将其和节点初始刚度线的交点的相应弯矩作为屈服弯矩。此外，节点的最大和破坏弯矩可以从弯矩－转角曲线上直接读取。 由图10和表2可以看出，在单调荷载作用下，试件S1发生脆性破坏，节点弯矩－转角曲线的最大弯矩点和破坏弯矩点非常接近。试件S2的极限承载力和相应的转角以及破坏弯矩相对应的转角相对节点试件S1分别提高了27%，62%和68%，这表明节点的延性得到了195 显著提高。在低周反复荷载作用下两种节点的弯矩承载力和相应转角差异不明显，需要通过增加试件数量进一步研究。 2.3 节点延性比 本文中节点的延性比β定义为节点破坏弯矩（试件产生明显破坏或荷载下降至最大荷载的80%）对应转角和节点屈服弯矩对应转角之比。节点的延性比可用以定量地评价节点的200 破坏模式的延性特征。由表2中可以看出，节点S1的破坏具有明显的脆性特征，因而其延性比无法计算（可以认为是0），而通过改换规格材布置方式的节点试件S2的延性比为2.88。低周反复加载实验的正向和反向加载循环的实验结果同样表明，节点S4的延性比分别比节点S3的延性比高10%和19%。 2.4 节点耗能性能比较 205 节点耗能性能体现了节点在外荷载作用下耗散能量的能力，节点耗能性能和体系的抗震性能密切相关。节点耗能可以根据节点在加载以及卸载过程中外荷载所做功的总和计算。本文中基于图10中节点在低周反复荷载作用下的柱弯矩Mcolumn和梁相对柱的转角θBC的关系曲线计算节点在各加载周期（包括主循环和次循环）累积耗散能量和累积转动角度的关系。此外，对应于各主加载循环，计算节点耗能和加载段荷载所做功的比值，即耗能比。相关结210 果如图11中所示。 0400800120016000100200300400500累积能量(kN.m.°)累积转动角度(°)试件S3试件S4 00.20.40.60.810.0 1.0 2.0 3.0 耗能比输入位移幅值系数试件S3试件S4非正常正常 图11 水平布置和竖向布置规格材胶合木节点耗能性能对比 从图11中可以看出，试件S4在相同累积转角下的耗能较试件S3高。此外，在相同输215 入位置幅值下，即相同的节点当前位移和单调加载破坏位移比值下，节点S4的耗能和加载段荷载做功的比值明显高于节点S3，最大提高量达到20%。值得注意的是，对应于较小的输入位移幅值系数时，两种节点的弯矩－转角曲线均表现出异于常态的非对称形状，这主要是由于各螺孔（包括梁构件和柱构件各四个螺孔）周边木材和螺栓的不均匀接触导致节点位移包含了刚体位移和节点变形位移。 220 3 结论 本文研究了采用不同规格材布置方式的胶合木梁柱螺栓－钢填板节点在单调和低周反复荷载作用下的转动性能。试验结果表明，在单调以及低周反复荷载作用下，竖向胶合的节点的延性有显著提高：单调荷载作用下节点的极限承载力和相应的转角以及破坏弯矩相对应的转角分别提高了27%，62%和68%。在低周反复荷载作用下，节点的耗能比最大提高20%。225 [参考文献] (References) [1] Lam F., Schulte-Wrede M., YAO C.C., GU J.J. 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