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user: 2. 试验研究 2.1. 试验构件设计 试验采用一根轴心受压柱和两根简支梁进行试验，主要研究主体结构在受力状态下焊接连接件对其结构受力性能的影响 [ 2 ]。 2.1.1. 试验梁设计 对两根简支梁(beam 1、beam 2)在跨中施加集中力进行加载，当梁中截面的边缘应力达到屈服应力的0.6倍时停止加载，作为受力状态。保持载荷不变，在上、下翼缘分别焊接檩托连接件，研究梁的受力性能变化。 beam 1在上翼缘焊接檩托，研究焊接对上部受压翼缘性能的影响。beam 2在下翼缘焊接檩托，研究焊接对下部受拉翼缘性能的影响。图2为梁beam 1和梁beam 2的设计图，单位：mm。 为了保证梁在加载过程中具有足够的面外刚度，设计采用H型钢，规格为H300 × 305 × 15 × 15。梁计算长度为2.9 mm。材质为Q345B钢，其屈服强度Fy = 345 MPa。因在支座和跨中的位置剪力较大，故需要设置加劲肋，肋板厚度12 mm。 图2. 试验梁设计图 2.1.2. 试验柱设计 对柱子进行轴心受压加载，当荷载达到柱子屈服的0.6倍时保持荷载不变，之后在柱子的腹板上焊接牛腿。试验柱记作为column，截面采用H300 × 305 × 15 × 15的H型钢，钢材采用Q345B钢。图3为column的设计图，单位：mm。柱高2 mm，柱上下两端设置厚度为30 mm后端板，柱端头腹板处设置厚度为20 mm的加劲肋。 2.1.3. 连接件设计 焊接连接件采用根据实际工程尺寸按照一定比例缩小的构件，檩托和牛腿的设计如图4和图5所示(单位：mm)。檩托采用8#槽钢。牛腿采用两块钢板焊接成T形件。连接件均采用Q345B钢，并且连接件与构件的连接均采用角焊缝焊接连接，焊脚尺寸为5 mm。 2.2. 加载装置与试件的安装 本试验在中国农业大学水利与土木工程实验室进行，采用吨位为10，000 KN的微机控制电液伺服压力试验机对柱子进行轴心受压加载；采用吨位为1000 KN的结构试验反力架对梁进行跨中加载。 图3. 试验柱设计图 图4. 檩托设计图 图5. 牛腿设计图 试验构件安装于加载仪器上，安装示意图和安装完成后的照片如图6所示。 图7给出测试点位置及编号。对于两根试验梁，先焊北边的檩托，之后再焊南边的檩托。梁一共有5个测试位置，每个位置均布置有一个位移计和两个应变片(以beam 1试验梁为例，如图7(a))。对于试验柱，为了实现轴心受压加载，在柱顶形心垫一块钢板。柱子的压缩位移直接通过加载装置测得，无需架设位移计。跨中部位，在腹板的两侧和翼缘的外侧各贴两个应变片(见图7(b))。此外，牛腿根据焊接顺序编号，其中N1为最先焊接，而N4为最后焊接的。 图6. 梁与柱构件的加载装置示意图 图7. 梁试件焊接过程测试点位置 2.3. 试验及结果分析 2.3.1. Beam 1梁焊接试验 图8分别为beam 1的应变和挠度随着焊接时间变化的曲线。表1为各连接件焊接时刻的应力和位移对应值，其中Fy为梁跨中边缘纤维达到屈曲应力时对应的集中力大小。从试验结果可以发现： 1) 由于梁的上翼缘受压，焊接升高了温度，使得上翼缘压缩应变减小。 2) 当在上翼缘完成檩托焊接时，应变和挠度均有所减小，其下降幅度值在6%之内。 3) 构件冷却后，应变和挠度与焊接完成时基本相同。 综上所述，在上翼缘进行焊接连接件对主结构的影响很小，且为有利影响。 图8. Beam 1应变与挠度随时间增长的变化 Table 1 Beam 1 strain and deflection of each test point at different tim 测试点 达到0.6 Fy 焊接完成 冷却后 应变 1西 229.1485 218.5971 218.991 1东 379.7665 370.1094 369.8416 2西 730.4819 715.2471 728.8302 2东 845.9724 830.2412 847.2188 3西 276.7848 265.3856 266.4784 3东 1181.13 1163.749 1161.886 4西 818.0319 800.2729 823.0316 4东 809.9022 797.3023 823.1115 5西 154.7219 147.3486 142.7611 5东 413.3649 405.60908 401.5352 位移/mm 1 3.49282 3.34858 3.31401 2 5.59157 5.3332 5.37212 3 6.28873 5.9605 6.03715 4 5.7006 5.4351 5.48362 5 3.66568 3.53931 3.56077 表1. Beam 1各测试点在不同时刻的应变和挠度 2.3.2. Beam 2梁的焊接试验 图9分别为beam 2的应变和挠度随着时间的变化曲线。表2给出了各连接件焊接时刻对应的应力和位移值。从试验结果可以发现： 1) 当在下翼缘完成檩托焊接时，应变和挠度均有上升。焊接对应变的影响较小，应变的最大上升幅值仅为4%。此外，在跨中焊接位置，挠度会随焊接时间而增大，其挠度上升幅值在8%值内。 2) 构件冷却后，应变基本无变化，挠度略有下降。 综上可知，由于梁的下翼缘受拉，温度的升高对结构有不利的影响。这一计算结果所反映的挠度变化规律是正确的。 图9. Beam 2应变与压缩位移随时间增长的变化 Table 2 Beam 2 strain and deflection of each measuring point different tim 测试点 达到0.6Fy 焊接完成 冷却后 应变 1西 −445.708 −441.842 −440.252 1东 −413.798 −413.359 −411.457 2西 −783.654 −782.888 −773.116 2东 −886.567 −883.432 −876.301 3西 1537.237 1579.734 1579.386 3东 1554.653 1620.765 1619.951 4西 −888.076 −890.358 −866.950 4东 −778.468 −815.705 −786.933 5西 −458.290 −458.384 −458.724 5东 −427.632 −425.955 −426.065 位移/mm 1 3.53693 3.374316 3.84330 2 6.07433 6.52151 6.52507 3 6.43130 6.92254 6.89496 4 5.92962 6.43612 6.42543 5 3.84212 4.0887 4.09483 表2. Beam 2各测试点在不同时刻的应变和挠度 2.3.3. Column柱焊接试验 图10分别为柱子应变和压缩位移随着时间的变化曲线。表3给出了各连接件焊接时刻对应的应力和位移值，其中Ny为柱截面屈服力。跟踪每一步焊接过程可以发现： 1) 焊接时温度较高，使得压缩应变均有较明显的减小。 2) 当完成焊接牛腿1时，翼缘的应变几乎无变化，腹板应变变化较大，其西侧腹板的应变下降最多，变化在5%之内。 3) 当从开始完成焊接牛腿2时，腹板应变下降约10%之内，其应变的变化比上一步有所增加。 4) 但是当完成焊接牛腿3和牛腿4后，应变变化反而较小。 5) 与应变不同，压缩位移与焊接过程没有明确的变化规律，其变化幅值较小，在3%之内。 从试验结果可以看出，虽然压缩应变有显著下降，但位移的变化很小。应变变化较大，是因为且测试点的位置距离焊接位置较近，并且焊接产生的热量较大，故温度的提升对测试点应变的影响显著，焊接时测试得到的应变并不代表柱子的真实应变，见表3和图10所示。 图10. Column应变与压缩位移随时间增长的变化 Table 3 The column of each measuring point strain values at different time 测试点应变 达到0.6 Ny 牛腿1焊接完成 牛腿2焊接完成 牛腿3焊接完成 牛腿4焊接完成 冷却后 北1 −1089.56 −1085.54 −1082.63 −1044.21 −1045.53 −1040.7 北2 −1167.48 −1164.26 −1168 −1100.31 −1096.29 −1086.86 东1 −1024.16 −1026.43 −996.754 −869.632 −860.334 −856.809 东2 −1091.19 −1088.47 −1059.36 −867.279 −963.286 −958.197 南1 −1108.68 −1108.86 −1108.48 −1046.08 −1039.94 −1033.72 南2 −1036.64 −1035.31 −1028.98 −991.747 −993.192 −987.917 西1 −1107.19 −1105.42 −1061.97 −978.112 −969.999 −964.753 西2 −1058.48 −1056.15 −1012.45 −929.438 −920.855 −913.97 压缩位移/mm 7.893 7.972 7.943 7.857 7.957 7.999 表3. Column各测点在不同时刻的应变值