王雨辰，胡淑軍,2，熊進剛,2

(1.南昌大學建筑工程學院，江西 南昌 330031；2.江西省近零能耗建筑工程實驗室，江西 南昌 330031)

裝配式RCS結構[1]是指將預制混凝土柱和鋼梁采用焊接、螺栓連接組裝而成的結構體系，兼具高施工效率和低成本損耗的特點。隨著高層建筑結構的迅速發(fā)展，布置設備管線的工作成為不可忽視的重要問題。鋼梁腹板開洞[2]是一種近年來廣泛使用于實際工程的特殊設計，在建筑功能上可方便設備管線的通過。然而，洞口尺寸與布置位置的不確定性，使得節(jié)點受力性能更為復雜[3]。為使鋼梁腹板開洞在裝配式RCS結構中得到較好應用，有必要詳細研究鋼梁腹板開洞對結構抗震性能的影響。

首先對FC設計進行總結，與常規(guī)教學法進行對比，找出優(yōu)缺點并進行適當修正，有利于克服下一次FC設計中的缺點。同時，這也是對教師知識升華的過程，教師要對課堂知識進一步凝練和探討，對學習內容的知識脈絡進行梳理、歸納、總結，并在此基礎上指導學生進行實踐驗證與運用[11]。

熊進剛等[4]對帶有方形洞口的鋼梁進行試驗研究與參數(shù)化分析，得出洞口應盡量跨中布置的結論，并提出撓度計算的修正系數(shù)。張愛林等[5]等提出一種裝配式鋼結構開洞鋼梁節(jié)點并進行5個不同參數(shù)節(jié)點的參數(shù)化分析，指出相應節(jié)點不僅具有較高承載力，還可實現(xiàn)損傷控制。Bai等[6]提出了一種帶空腹鋼梁的鋼框架，并對5個不同參數(shù)的試件進行低周反復加載試驗，結果表明框架的抗震性能較好，可滿足強震作用下各指標要求。李龍起等[7]對5根腹板開洞鋼梁和1根腹板無洞組合梁進行試驗研究，指出洞口的存在雖能方便設備管線通過，但組合梁將較早進入塑性狀態(tài)。目前，對于腹板開洞鋼梁的研究大多在于鋼梁本身，且對裝配式RCS結構鋼梁腹板開洞的研究也非常有限。

因此，本文提出一種腹板開洞的裝配式RCS節(jié)點，以方便設備管線的通過，與此同時還節(jié)省了鋼材用量。采用校正的有限元法對所提節(jié)點進行分析，探究鋼梁開洞半徑、孔洞凈間距對節(jié)點抗震性能的影響。

2.2 兩組療效比較 術后6個月，兩組患者治療臨床療效差異無統(tǒng)計學意義(χ2=0.659，P>0.05)，見表3。

1 基本原理

如圖1所示，腹板開洞的裝配式RCS梁柱連接節(jié)點，主要由混凝土柱、鋼板箍、端部鋼梁、中部鋼梁、翼緣拼接板、腹板拼接板、十字腹板、高強螺栓等構件組成。在新型節(jié)點施工過程中，十字腹板焊接于鋼板箍內，端部鋼梁焊接于鋼板箍外側。接著進行混凝土澆筑，待混凝土澆筑并養(yǎng)護完成后將混凝土柱、端部鋼梁、鋼板箍、十字腹板組成的整體搬運至施工現(xiàn)場進行高強螺栓連接。其中，端部鋼梁、中部腹板開洞鋼梁、腹板拼接板、翼緣拼接板[8]均需預先開孔用于螺栓連接。

圖1 腹板開洞的裝配式RCS節(jié)點Fig.1 Prefabricated RCS beam-column joint

端部鋼梁與中間鋼梁采用高強螺栓連接，以保證節(jié)點具有足夠的轉動剛度；混凝土柱外置鋼板箍與端部鋼梁采用焊接連接以使節(jié)點具有足夠承載力；鋼板箍內設置有焊接連接的十字腹板，以較好傳遞梁端剪力。由于柱身外側及十字腹板存在多條焊縫，將端部鋼梁與中部鋼梁間預留20 mm縫隙，以防止出現(xiàn)焊縫的脆性破壞。為進一步實現(xiàn)“強柱弱梁”的設計原則，將鋼梁腹板進行開圓洞[9-10]處理。

2 有限元分析方法

2.1 分析模型

圖7為RJ-1～RJ-6節(jié)點在最大加載位移作用下的混凝土柱損傷狀況，由圖可知最大損傷均集中在鋼板箍上下表面與混凝土接觸處、十字腹板與混凝土接觸處。

(a) RCS節(jié)點構造

采用ABAQUS有限元軟件對螺栓連接的RCS節(jié)點進行有限元數(shù)值模擬分析，分析模型如圖2(c)所示。其中，鋼筋網(wǎng)采用T3D2桁架單元，其余部件均采用C3D8R實體單元進行模擬。

綜上說明，在滿足規(guī)范的前提下，鋼梁腹板開洞對新型節(jié)點混凝土柱的損傷狀況具有較好的改善作用，且增大鋼梁腹板開洞半徑、減小開洞凈間距均可更大程度上減輕混凝土柱的損傷。

表1 構件截面尺寸及材料屬性Tab.1 Sectional dimensions and materials of components

加載制度。模型整個加載過程分為兩個分析步：首先，在混凝土柱左側施加350 kN軸力使軸壓比為0.1；其次，在梁端耦合點上采用位移控制的加載方式施加反復荷載：在位移幅值為10 mm前，循環(huán)加載1次，當位移幅值發(fā)展至10 mm后，循環(huán)加載3次。

需要說明的是,稀有樹種雖然在長三角平原水網(wǎng)地區(qū)鄉(xiāng)村中并不常見,但仍需引起足夠的重視,因此將這些指標定為“一票肯定”項,不計入總體權重。若含有其中任何一類,則此植物群落應嚴格保護。

采用上述經(jīng)驗證的有限元方法對鋼梁腹板開洞的裝配式RCS梁柱連接節(jié)點RJ-1～RJ-6進行分析，如圖4所示。

2.2 結果對比

圖3(a)為此節(jié)點抗震試驗與有限元分析的荷載-位移曲線對比圖，在構件處于彈性及早期彈塑性階段時，兩曲線均吻合較好，即有限元分析與RCS節(jié)點試驗結果基本相同。在達到最大承載力后的卸載階段，有限元分析大于試驗結果，原因在于該RCS節(jié)點試驗從彈性階段到加載結束，鋼板箍和混凝土的粘結摩擦可能存在差異。圖3(b)為節(jié)點失效模式與有限元應力對比圖。左側試驗失效模式為翼緣拼接板的屈服變形，試驗測得最大應變?yōu)?791 με，故最大應力為572.16 MPa；右側有限元結果同樣呈現(xiàn)為翼緣拼接板的屈服變形，且應力為562.91 MPa，已達到屈服應力和極限應力，這與試驗結果基本一致。

位移/mm(a) 荷載-位移曲線對比

1931年，趙忠堯赴英國劍橋大學，師從著名物理學家盧瑟福，在趙忠堯學成歸國時，盧瑟福特意將50毫克放射性實驗鐳贈送給他。

3 抗震性能分析

3.1 參數(shù)設計

為探究鋼梁腹板開洞對節(jié)點力學性能的影響，對孔洞半徑和凈間距進行合理參數(shù)設計，得到6個節(jié)點模型RJ-1～RJ-6，參數(shù)變化如表2所示。其中，RJ-1～RJ-5節(jié)點模型的鋼梁開洞直徑分別為梁截面總高度的9%，22%，36%，22%，22%，數(shù)值均小于40%。此外，在鋼梁兩端截面高度范圍內不設洞口，各節(jié)點模型所開洞口滿足規(guī)范[12]相關要求。

以上表明，在開洞滿足規(guī)范的前提下，鋼梁腹板開洞能略微提升節(jié)點的耗能能力。

表2 節(jié)點參數(shù)變化Tab.2 Variation of node parameters

3.2 分析模型

邊界條件與接觸關系。分析模型的邊界條件采用耦合于參考點的方式施加，如圖2(c)所示?；炷林髠燃s束兩個方向的平移和轉動自由度，便于進行預加軸力；柱右側僅釋放一個方向的轉動自由度；梁端部約束面外方向自由度。在接觸屬性中，鋼材與鋼材之間、鋼材與螺栓間的摩擦系數(shù)取0.35，鋼材與混凝土之間的摩擦系數(shù)取0.6，而鋼筋網(wǎng)作為內置區(qū)域嵌入混凝土柱中。

圖4 分析模型Fig.4 Analysis model

各構件中鋼材均采用Q345型號，彈性模量E為205 GPa，屈服強度為319 MPa，抗拉強度為479 MPa；高強螺栓采用10.9sM24型號，彈性模量E為206 GPa，屈服強度為940 MPa，抗拉強度為1 040 MPa；以上均采用雙線性隨動強化模型?；炷猎O計強度取C40，彈性模量E為3.25×104MPa，抗壓強度和抗拉強度分別為42.62，2.39 MPa，采用ABAQUS內置的塑性損傷模型。

在日冕內飛行，帕克飛行器將會遇到太陽大氣系統(tǒng)內的離子體、磁場和各種波，還有高能粒子和塵埃，從而可以近距離地觀察和收集它們的運行信息，把太陽對地球的影響秘密調查得更為清楚，為科學家研究太陽帶來更多的一手資料。

此新型節(jié)點有限元模型中的接觸關系如下。鋼材之間接觸法線方向為“硬接觸”并允許接觸后分離，切線方向為“罰摩擦”且摩擦系數(shù)為0.3；混凝土與鋼的接觸同樣法線方向為“硬接觸”且接觸可分離，切線方向為“罰摩擦”，摩擦系數(shù)為0.6[11]。所有邊界條件均采用耦合于參考點的方式施加，如圖4所示。整個加載過程分為兩個分析步，首先采用“Bolt Load”對高強螺栓施加預緊力155 kN，并在柱頂施加軸力428.8 kN使軸壓比達到0.1。進而在鋼梁端部施加以層間位移角限值[13]控制的往復荷載，加載制度如表3所示。

表3 節(jié)點加載制度Tab.3 Node loading mode

3.3 結果分析

3.3.1 滯回曲線

由于螺栓連接的全裝配式RCS節(jié)點與本文所提節(jié)點在梁、柱連接部分的構造基本相同，故分析結果表明本文有限元分析方法正確且有效。

節(jié)點RJ-1～RJ-6滯回曲線如圖5所示。其中，RJ-6節(jié)點的滯回曲線產(chǎn)生明顯捏縮現(xiàn)象，而RJ-1～RJ-5節(jié)點的滯回曲線呈方形且較為飽滿，即鋼梁腹板開洞節(jié)點具有較強的耗能能力與穩(wěn)定的滯回性能。

為了激勵留守子女學習語文的熱情，我在班里開展了激勵性活動：1.登記：即學生情況登記卡，內容包括學生自然信息、家庭情況、家長教育情況、個人對家長教師的希望、學習目標及達成措施等。2.計劃：制定學生學習計劃表冊，包括個人情況分析、我的挑戰(zhàn)對象、學期奮斗目標、我的人生格言、我的學習計劃等，要求“留守子女”學生每學期給自己定位一個合適的目標。3.匯報：定時定期向老師匯報學習情況，包括近期收獲、存在不足、改進措施等，通過多種形式幫助他們養(yǎng)成良好習慣，努力提高語文素養(yǎng)。

位移/mm圖5 滯回曲線Fig.5 Hysteretic curve

此外，對比RJ-6與RJ-1～RJ-5節(jié)點模型可知，鋼梁腹板開洞將降低節(jié)點承載力。而RJ-1～RJ-5節(jié)點滯回曲線無明顯差異，足以表明在鋼梁開洞滿足規(guī)范的前提下，開洞半徑與洞口凈間距對節(jié)點抗震性能影響不大，即RJ-1～RJ-5節(jié)點均具有較好抗震能力。

3.3.2 耗能能力

在Origin2018繪圖軟件中采用多邊形面積功能計算的滯回環(huán)面積，經(jīng)過單位轉換得出節(jié)點大致的耗能能力如圖6所示[14]。隨著各節(jié)點加載位移的不斷增大，耗能值也呈現(xiàn)增長趨勢，說明各節(jié)點均具有相對穩(wěn)定的耗能能力。對比節(jié)點RJ-6，RJ-2可知，在處于第9級加載位移下耗能值約為22.37，24.41 kJ，即鋼梁腹板開洞能提升節(jié)點的耗能能力；對比節(jié)點RJ-1，RJ-2，RJ-3可知，在處于最大加載位移下的耗能值約為23.73，24.41，24.97 kJ，即增大鋼梁腹板開洞半徑可有效提升節(jié)點的耗能能力；對比RJ-4，RJ-2，RJ-5可知，最大加載位移下各節(jié)點對應的耗能值約為24.51，24.41，23.36 kJ，即減小開洞間距能略微提升節(jié)點耗能能力。

加載級數(shù)圖6 耗能能力Fig.6 Energy dissipation capacity

課程中每個考核項目都設計了對應的考核方案，分別從總體方案設計、方案實施步驟設計、操作實施、項目總結報告等方面進行了過程考核。

3.3.3 混凝土損傷

藍欽宇[11]設計制作了螺栓連接的全裝配式RCS節(jié)點，并進行此組合節(jié)點的抗震性能試驗研究。該RCS組合節(jié)點主要由混凝土柱、鋼梁、鋼板箍、十字腹板等構件組成。其中混凝土柱外置鋼板箍，與鋼梁間采用焊接連接，鋼梁與鋼梁間采用高強螺栓進行半剛性連接，節(jié)點詳圖與試驗裝置見圖2(a)、(b)。

圖7 混凝土損傷Fig.7 Concrete damage

對比RJ-6，RJ-2節(jié)點可知，混凝土柱的最大損傷分別為56.3%，46.1%，即該新型節(jié)點鋼梁腹板開洞能有效改善混凝土損傷狀況；對比RJ-1，RJ-2，RJ-3節(jié)點可知，混凝土柱的最大損傷分別為52.3%，46.1%，40.2%，即鋼梁腹板開洞半徑越大，節(jié)點混凝土損傷越?。籖J-4，RJ-2，RJ-5節(jié)點混凝土柱的最大損傷分別為43.8%，46.2%，50.2%，即鋼梁腹板開洞凈間距越小，節(jié)點混凝土損傷越小。

各構件的尺寸和材料屬性如表1所示。其中，鋼梁、鋼板箍、十字腹板屈服強度和極限強度分別為319，479 MPa，彈性模量為206 GPa?；炷林O計強度等級為C40，其抗壓強度和抗拉強度分別為42.62，2.39 MPa，彈性模量為3.25×104MPa。此外，混凝土柱內置有12根HRB400直徑為16 mm的縱筋，箍筋和縱筋同型號，直徑為8 mm，間距為100 mm；箍筋和縱筋屈服強度和極限強度分別為400，540 MPa，彈性模量為200 GPa。鋼梁之間采用10.9級M20的高強螺栓進行連接，屈服強度和極限強度分別為940，1 040 MPa。有限元模型中所有鋼材本構均采用雙線性隨動強化模型，混凝土材料采用Abaqus軟件內置的塑性損傷模型，模型本構依據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》[9]計算。

3.3.4 鋼梁與翼緣拼接板應力

圖8為RJ-1～RJ-6節(jié)點經(jīng)歷最大加載位移作用下的鋼梁與翼緣拼接板的應力分布?？芍?，鋼梁最大應力分布均位于鋼梁左側螺栓連接處。對比RJ-6，RJ-2節(jié)點可知，鋼梁的最大應力分別為373.8，326.8 MPa，即鋼梁腹板開洞能降低鋼梁螺栓連接處的應力值；對比RJ-1，RJ-2，RJ-3節(jié)點可知，鋼梁的最大應力分別為328.0，326.8，324.7 MPa，即隨著鋼梁開洞半徑的增大，螺栓孔處應力不斷減小，鋼梁本身應力分布更加均勻；對比RJ-4，RJ-2，RJ-5節(jié)點可知，鋼梁的最大應力分別為326.7，326.8，328.8 MPa，即鋼梁開洞間距越小，螺栓孔處應力越小，鋼梁的應力分布更加均勻。

圖8 鋼梁與翼緣拼接板應力Fig.8 Stress of steel beam and flange splicing plate

翼緣拼接板最大應力均分布于螺栓孔及拼接板中部。對比RJ-6，RJ-2節(jié)點可知，翼緣拼接板的最大應力分別為400.7，389.6 MPa，即鋼梁腹板開洞節(jié)點模型的翼緣拼接板應力值略微減?。粚Ρ萊J-1，RJ-2，RJ-3節(jié)點可知，相應翼緣拼接板的最大應力分別為396.8，389.6，388.5 MPa，說明隨著鋼梁開洞半徑的增大，翼緣拼接板應力值略微減??；對比RJ-4，RJ-2，RJ-5節(jié)點可知，翼緣拼接板的最大應力分別為389.0，389.6，396.5 MPa，即隨著鋼梁開洞凈間距的減小，翼緣拼接板應力值略微減小。

綜上說明，在滿足規(guī)范的前提下，鋼梁腹板開洞使得鋼梁本身應力分布更加均勻，以保證“強節(jié)點、弱構件”抗震設計原則的更好實現(xiàn)。此外，在鋼梁開洞直徑不大于梁截面總高度的36%時，腹板開洞對于拼接板區(qū)域的塑性損傷影響不大。

2.3 超聲綜合評分法對宮腔粘連程度分級的診斷效果 以病理結果作為金標準，評價超聲綜合評分法對宮腔粘連程度分級的診斷效果。超聲綜合評分法對輕度宮腔粘連的敏感性和準確性較高，對重度宮腔粘連的特異性較高，但對不同程度分級對比分析發(fā)現(xiàn)，差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表4。

因此，為方便裝配式RCS結構設備管線的通過，可開設直徑小于梁截面總高度36%的圓形洞口。而在整體結構中鋼梁洞口的開設對節(jié)點的力學性能影響較小。

4 結論

(1) 本文所提鋼梁腹板開洞的裝配式RCS梁柱節(jié)點具有較好抗震性能，滿足方便設備管線通過、節(jié)省鋼材、增加凈空的需求。

(1) 該3-面為(3,3,6)-面,由R2.1和R3.2得3-面和面上的3-點最多從6-點拿走的權值為

(2)鋼梁腹板開洞可使鋼梁本身應力分布更加均勻，有利于“強節(jié)點、弱構件”抗震設計原則的更好實現(xiàn)。

(3)鋼梁腹板開洞會降低節(jié)點承載力，但各部件的損傷將更小，有利于“強柱弱梁”抗震設計原則的實現(xiàn)。建議在滿足規(guī)范的前提下，可在鋼梁腹板上適當開洞以增加凈空，方便設備管線的通過。

(4)為方便裝配式RCS結構設備管線的通過，建議在鋼梁兩端截面高度范圍內不設洞口的前提下，開設直徑小于梁截面總高度36%的圓形洞口，洞口的開設對節(jié)點的力學性能影響較小。