鋼貨架結構抗震性能研究現狀戴柳絲2，趙憲忠U（1.同濟大學土木工程防災國家重點。試驗考慮了兩種加載方式種是ECCS提供的加載方式，另一種是考慮豎向托盤荷載作用的不對稱的反復加載方式。試驗中，通過施加不同的豎向荷載來模擬托盤恒載的作用，其中豎向荷載取0%，25%，50%，66%和75%的節點屈服荷載。試驗結果表明，不加豎向荷載與施加豎向荷載，得出節點的抗震性能有很大的差別。
　　施加豎向荷載后，由于節點塑性變形的積累，在主要的受力方向（Hogging）存在滑移現象，并且滑移隨著豎向恒載的增大而增大，然而與一般的懸臂梁試驗結果相比滯回環的捏攏效應沒有那么明顯。兩種試驗結果對比后發現，不同的加載制度得出的鋼貨架梁柱連接節點滯回特性存在明顯的差異，而考慮豎向貨載的試驗方法更能準確地模擬節點在地震作用下的受力狀態，故在以后的節點反復試驗中應適當考慮豎向貨載對節點抗震性能的影響。
　　對比懸臂梁試驗113和門架試驗M得出的節點滯回曲線，雖然兩者的滯回環都表現出了明顯的捏攏效應，但門架試驗由于考慮了實際情況中存在的豎向貨荷，節點不會表現出明顯的滑移。因此，目前多采用的擬靜力反復加載的懸臂梁試驗結果能否正確反應節點的滯回特性還有待進一步的研究，后續的研究應綜合考慮各影響參數得出適用于貨架結構整體抗震分析的梁柱連接節點的恢復力模型。
　　2.2理論分析由于掛齒式梁柱節點構造復雜、形式多樣，理論分析的難度比較大，目前還沒有形成統一的理論分析方法，用于確定掛齒式梁柱節點的性能。同濟大學對鋼貨架結構梁柱連接節點進行了一系列的研究，并且嘗試將組件法引入掛齒式節點的分析。采用組件法分析掛齒式梁柱連接節點的初始剛度時，著重考慮了5個等效子彈簧，其中5個等效子彈簧所代表的組件變形為：掛齒彎曲變形，立柱孔壁承壓變形，立柱孔壁彎曲變形，掛片端板彎剪變形和立柱腹板剪切變形；掛齒式梁柱連接節點破壞模式根據立柱和掛片的相對厚度可分為掛齒根部斷裂和立柱孔壁開裂，依據兩種破壞模式分別進行彎矩承載力的理論分析。通過上述方法求得掛齒式梁柱節點的初始剛度與承載力，并與試驗結果進行了對比，得出了比較滿意的結果。但是，由于掛齒式梁柱連接節點的破壞屬于斷裂破壞，后續的研究可以將工程斷裂理論引入理論分析和數值模擬中，以便于準確的分析節點的初始剛度，彎矩承載力和抗震特性。
　　3鋼貨架結構抗震性能3.1試驗研究鋼貨架結構抗震性能試驗研究主要有以下三種方法：原位試驗、擬靜力試驗和振動臺試驗。表2匯總了近年來國內外學者對鋼貨架結構整體動力試驗研究。
　　表2國內外鋼貨架結構整體動力試驗研究匯總時間測試方法原位試驗擬靜力試驗（4），動力試驗（2）振動臺試驗（4）振動臺試驗+實際貨物荷載（5）振動臺試驗（4）+螺栓連接梁柱節點振動臺試驗+基底隔振（2）振動臺試驗（2）+無螺栓teardrop梁柱節點擬靜力試驗（2），振動臺試驗（6）振動臺試驗+基地隔震（11）原位試驗是指在微小的擾動或者環境振動下測試鋼貨架結構的一般動力特性，例如頻率、振型和阻尼KrawinklerM等試驗結果表明，規范中給出估算結構基本周期的經驗公式不適用于鋼貨架結構。罕遇地震作用下，由于結構剛度降低，基本周期至少增加20%.在**地震加速度取0.01?~0.02g時，測得結構的阻尼比為0.02?~0.03.罕遇地震作用下，考慮到貨物碰撞滑移消耗大量能量，貨架結構阻尼比至少增加2倍。在自由振動測試結構阻尼的過程中發現，由于掛齒和立柱開孔處的摩擦消耗大量的能量，結構表現為庫倫摩擦耗能特性，振動幅值呈現線性衰減。
　　原位試驗只能測得貨架結構的基本動力特征，要測定動荷載下結構的響應則需要采用擬靜力試驗和振動臺試驗。近年來，鋼貨架結構的動力試驗也主要集中于這兩種試驗。
　　擬靜力試驗是指在豎向貨載作用下，在平行于巷道或/和垂直于巷道方向分別施加反復作用的水平力模擬地震作用以測試整體結構、構件、節點抗震性能的試驗方法。對結構施加反復作用的擬靜力水平荷載測試結構的抗震性能。KrawinklerM分別沿兩個方向開展了整體結構的擬靜力試驗，水平反復荷載施加于貨架結構的頂層。結果表明，整體結構P~8曲線反應的滯回特征，與高剪應力下鋼筋混凝土受彎構件的滯回特性類似，呈現出明顯的捏攏效應。反復加載條件下，在加載端達到較小的水平位移時，橫梁與掛片端板連接處的焊縫就發生了開裂，隨后結構沿巷道方向的延性就與立柱的軸壓比密切相關。小軸壓比（豎向貨載較小）條件下，整體結構表現出了較好的延性，試驗后期在底層中柱梁柱連接節點周圍產生塑性鉸。試驗結果（P~8曲線）指出，鋼貨架結構平行于巷道方向半剛性連接框架的延性和耗能特性遠遠優于垂直于巷道方向的支撐框架。I.RosinH等人在擬靜力試驗中，對結構施加了三角形分布的水平荷載。試驗結果同樣表明，垂直于巷道方向，結構整體剛度較平行于巷道方向大，但延性差，破壞模式是結構的整體倒塌伴隨著開孔立柱的屈曲。平行于巷道方向，結構的剛度伴隨著節點塑性變形的累積和層間位移的增加而逐漸降低，破壞模式是P~S效應不斷累積導致整體結構的倒塌，表現出較好的延性。
　　1980年，Chenetal.M**對鋼貨架結構開展了振動臺試驗。除了駛入式貨架在沿巷道方向第一層的斜腹桿發生了嚴重的屈曲，其余鋼貨架結構在小震下都表現出良好的抗震性能。2001年，FiliatraultM對5種雙向托盤橫梁式貨架結構在正常貨載狀態下進行振動臺試驗，得出當輸入的**地面加速度不超過0.42g時，結構不發生明顯的破壞。以上試驗均表明沿巷道方向的延性和耗能能力遠好于垂直于巷道方向。
　　Castiglioni17針對典型的2跨3層托盤橫梁式鋼貨架結構進行了6組振動臺試驗。試驗采用混凝土塊模擬貨物荷載，對比研究了橫梁尺寸、貨物滑移以及基底隔震對于鋼貨架沿巷道方向抗震性能的影響。試驗得出，沿巷道方向較垂直于巷道方向有更好的延性。在沿巷道方向，允許貨物滑移和基底隔震裝置均有效改善結構的抗震性能。另外，試驗中還注意到結構的破壞*初都是發生在螺栓連接或者焊接位置處，故結構的細部構造對整體結構的動力響應有很大的影響。2004年，Filiatrault0針對具有4種不同類型螺栓梁柱連接節點的2跨3層鋼貨架結構沿平行于巷道方向進行了模擬振動臺試驗。試驗結果表明，梁柱連接節點的轉動剛度是影響整體結構在沿巷道方向抗震性能的重要因素，梁柱連接節點的實測初始轉動剛度是目前設計值的2~3倍。此外，隨著地震動加速度幅值的增大，節點剛度呈現線性減小的趨勢，但當結構恢復到未變形的狀態時梁柱節點也恢復到初始剛度值，因此結構在沿巷道方向表現出較好的延性，結構**層間位移可達到0.07h而不發生倒塌。此外，Filiatrault63采用相同的研究方法對2種無螺栓teardrop梁柱連接節點進行了振動臺試驗，試驗結果與之前一致。Filiatrault18進一步的振動臺試驗結果表明在垂直于巷道方向設置基底隔震裝置可以有效提高鋼貨架結構的整體抗震性能。
　　3.2整體結構抗震分析與設計貨架結構整體抗震分析可分解為沿巷道方向的和垂直于巷道方向。上述試驗結果表明：沿巷道方向，貨架結構的抗震性能主要受到梁柱連接節點的影響。垂直于巷道方向，貨架結構抗震性能主要與支撐的連接和布置相關。目前鋼貨架結構抗震分析主要有以下兩種方法：線性動力分析和非線性動力分析。線性動力分析中，梁柱連接節點由線性轉動彈簧模擬；非線性動力分析中要采用合適的恢復力模型考慮梁柱連接節點在動力作用下的非線性。
　　2003年，DannyH.Chan采用非線性有限元法分兩階段進行鋼貨架結構在地震作用下的動力分析：第階段線采用彈性分析結構的自振特性得出前30階自振頻率和對應的模態用于下一階段的分析；第二階段采用反應譜分析方法，得出結構在地震作用下的應力和應變。2007年，Herv6Deg6e和VincentDeno提出了FineLg法對鋼貨架進行地震作用下的非線性時程分析，分析了托盤的滑動及節點非線性（包括柱腳節點和梁柱連接節點）對結構動力特性的影響，并與試驗結果吻合。2008年，K.M.BaoriaE9采用非線性有限元法對鋼貨架結構進行了地震作用下的非線性分析，著重分析了立柱截面類型、立柱厚度和梁柱連接節點剛度對整體結構動力響應的影響。在設計中常用的地震分析方法有底部剪力法和振型分解法，但為了深入了解結構的抗震性能，需要進行非線性時程分析，但該方法從計算模型的簡化、恢復力模型的確定、地震波的選用，直至計算結果的分析和后處理都需要進行大量工作。隨后，K.M.BaoriaM提出了采用擬靜力的push-wer分析方法代替彈塑性時程分析，并準確估計了結構在地震作用下的整體位移、底部剪力和塑性鉸的形成。而后，K.M.BaoriaM又提出了一種簡化的數值分析方法代替有限元模擬精確計算出結構的自振頻率和模態。
　　4結論與一般的鋼結構不同，鋼貨架結構在抗震分析中需要綜合考慮開孔立柱、掛齒式梁柱連接節點、托盤與橫梁之間的動力摩擦系數、破壞模式與受力狀態等因素的影響。為了滿足貨架的使用要求，常見的鋼貨架結構沿巷道方向的抗側剛度主要由梁柱連接節點和柱腳節點提供，貨架結構梁柱連接節點的動力特性對整體結構的抗震分析有著重要的影響，還需進一步對其抗震性能進行試驗和理論的精確分析。目前，各國規范提出的用于測試鋼貨架結構梁柱連接節點的試驗方法獲得的彎矩-轉角曲線存在一定的差異，需要制定統一的節點擬靜力試驗方法。此外，節點細部構造對節點的初始剛度、承載力和破壞模式等都有著顯著影響，亟需提出適用于鋼貨架結構整體抗震分析的梁柱連接節點的恢復力模型。我國對鋼貨架結構的研究還主要集中于靜力分析，尚未開展鋼貨架結構的整體動力試驗研究和抗震性能分析，整體鋼貨架結構模擬地震反應的擬靜力試驗和振動臺試驗數據亟待完善。在數值計算方面，各種鋼貨架結構在地震作用下的彈塑性時程分析方法有待深入研究，進而提出簡化的動力計算方法以提高貨架結構抗震分析的精度和效率。