不銹鋼方管抗壓試驗(yàn)中設(shè)計(jì)并制作8組試件，每組2個(gè)相同試件，共16個(gè)試件，具體見表。每個(gè)試件由一個(gè)節(jié)點(diǎn)體和兩根對稱布置的桿件組成。圖給出了試件主要幾何尺寸及構(gòu)造，考慮對稱性僅圖示一側(cè)桿件。試件類似于水平簡支梁，對其進(jìn)行四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。桿件采用不銹鋼方管，其截面規(guī)格均為150mm×150mm×4mm，桿長1500 mm。各組試件主要考察螺栓直徑、桿件端板厚度、桿件端板距節(jié)點(diǎn)體距離及桿件開孔對節(jié)點(diǎn)性能的影響。A組為基本試件，采用M24螺栓，桿件端板厚25mm，端板距節(jié)點(diǎn)體4 mm; B組、C組試件用于分析螺栓直徑的影響，分別采用M20、M16螺栓; D組、E組試件用于分析桿件端板厚度的影響，端板厚分別取為20、16 mm; F組試件用于分析端板距節(jié)點(diǎn)體距離的影響，距離取為30 mm;G組、H組試件用于分析桿件開孔的影響，G組試件在桿件腹板開設(shè)80 mm×100 mm矩形孔，H組試件則在翼緣開設(shè)80 mm×70 mm矩形孔，開孔位置均靠近桿件端部，孔邊距桿端(不含端板)55 mm。
桿件及節(jié)點(diǎn)體均采用304不銹鋼方管，每根桿件通過2個(gè)高強(qiáng)螺栓與節(jié)點(diǎn)體連接，螺栓規(guī)格M16～M24，強(qiáng)度等級為10.9s。為便于節(jié)點(diǎn)裝配，桿件端板上的光壁圓孔直徑比螺栓直徑大2mm。為提高節(jié)點(diǎn)的受彎能力，同一桿件上2個(gè)螺栓的間距取滿足構(gòu)造要求的最大值。設(shè)計(jì)中考慮節(jié)點(diǎn)體為剛體，為此，節(jié)點(diǎn)體采用厚壁六邊棱柱筒，螺栓連接處的筒壁厚度為30mm，這不僅保證節(jié)點(diǎn)體的剛度，而且保證螺栓的連接強(qiáng)度。為便于試驗(yàn)加載，桿件端部設(shè)置一塊厚度20mm的支座加載板。試件的裝配過程簡單、方便，借助常規(guī)扳手即可順利完成裝配，裝配完成后的部分試件見圖。圖為桿件不開孔的A組試件，桿件端板與節(jié)點(diǎn)體之間有一定距離。圖為翼緣開孔的H組試件，與圖所示節(jié)點(diǎn)的連接方式類似。G組、H組試件均利用桿件開孔安裝螺栓，桿件端板與節(jié)點(diǎn)體為頂緊狀態(tài)。
對桿件不銹鋼方管進(jìn)行了鋼材拉伸試驗(yàn)。在桿件翼緣與腹板處各取3個(gè)試樣，實(shí)測應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖，其中代表取自鋼管翼緣的試樣，代表取自腹板試樣。由圖可見，兩組試樣抗拉強(qiáng)度相近，但翼緣處試樣的屈服強(qiáng)度大于腹板處試樣，且無明顯屈服平臺。其原因是該批矩形鋼管在加工成形過程中，翼緣處鋼板進(jìn)行了類似冷拉處理。翼緣處3個(gè)試樣的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量的平均值。由于試件在加載時(shí)鋼管翼緣為主要受力區(qū)域，故后文有限元分析中材料本構(gòu)直接采用翼緣處試樣的平均應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，鋼材應(yīng)變達(dá)到即進(jìn)入屈服。
四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的加載裝置如圖7所示。加載時(shí)千斤頂通過一根分配梁對試件進(jìn)行逐級加載，并通過力傳感器采集荷載的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。分配梁支座間距為700 mm，試件在分配梁支座間為純彎段。每組試件在預(yù)加載后進(jìn)行分級加載，加載過程中通過應(yīng)變計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控試件應(yīng)力發(fā)展情況。采用力控制加載，加載初期每級荷載增量為試件預(yù)估極限荷載的10%，待各項(xiàng)讀數(shù)穩(wěn)定后進(jìn)入下一級加載，當(dāng)觀測到有應(yīng)變測點(diǎn)進(jìn)入屈服后，每級荷載增量為1 kN，當(dāng)試件達(dá)到其極限荷載時(shí)，加載結(jié)束。為記錄試件在加載過程中的變形發(fā)展，在支座加載板、分配梁支座、桿件端板及節(jié)點(diǎn)中心處共布置了7個(gè)豎向位移傳感器，具體位置見圖。圖給出了節(jié)點(diǎn)一側(cè)桿件上的應(yīng)變測點(diǎn)布置，另一側(cè)桿件的測點(diǎn)對稱布置?？拷?jié)點(diǎn)的純彎段為桿件的主要受力區(qū)域，在該區(qū)域桿件的上下翼緣和腹板兩側(cè)布置了12個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)，在遠(yuǎn)離節(jié)點(diǎn)的桿件中部翼緣處布置了4個(gè)測點(diǎn)。
彎矩-轉(zhuǎn)角曲線是評價(jià)節(jié)點(diǎn)受彎性能的重要指標(biāo)，圖給出了各組不銹鋼方管試件的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線，可見，各組兩個(gè)試件的試驗(yàn)結(jié)果總體吻合良好，其中F組和H組兩個(gè)試件的結(jié)果偏差相對較大。這是由于試件在加載過程中由于意外使一顆螺栓的螺紋先行失效破壞，導(dǎo)致其承載力遠(yuǎn)低于試件;另外，由于加工原因，試件的翼緣開孔面積小于按設(shè)計(jì)要求開孔的試件，導(dǎo)致其承載力略高。由圖可知，各不銹鋼方管試件的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線呈現(xiàn)明顯的彈塑性特征。以A組試件為例，在加載初期，試件各部分均處于彈性階段，彎矩-轉(zhuǎn)角曲線接近直線。隨著荷載增加，桿件翼緣屈服，彎矩-轉(zhuǎn)角曲線斜率降低。加載結(jié)束時(shí)，除了處于中性軸附近的中心測點(diǎn)，桿件腹板上其余測點(diǎn)的應(yīng)變均已超過0.0014，認(rèn)為桿件已接近全截面屈服，達(dá)到其極限荷載。因此，該類裝配式節(jié)點(diǎn)在以桿件承載力控制的失效模式下，其受彎性能呈現(xiàn)明顯的彈塑性特征。
