朱南岳，朱煒聰，朱俊明，鄒俊杰，彭錦靈

(廣東工業(yè)大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，廣東 廣州 510006)

0 前 言

與傳統(tǒng)建筑業(yè)相比，裝配式建筑具有能耗低，施工周期短，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)[1]。雖然我國(guó)裝配式建筑發(fā)展起步的時(shí)間與國(guó)外的發(fā)達(dá)國(guó)家相比并未相差較多，但因?yàn)榘l(fā)展的過程中經(jīng)歷了幾次調(diào)整和放緩，使得我國(guó)裝配式建筑的發(fā)展規(guī)模和施工技術(shù)水平等較其他國(guó)家出現(xiàn)了較大的落差[2-3]?，F(xiàn)階段，我國(guó)的建筑施工建造方式仍然是以現(xiàn)場(chǎng)澆筑為主的模式，而國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家則開始廣泛地采用裝配式的建造模式。隨著工程技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來，我國(guó)已開始重視裝配式建筑的發(fā)展，先后發(fā)布了《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》和《建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展綱要》等政策文件推動(dòng)裝配式建筑的發(fā)展。廣東省發(fā)布的《廣東省人民政府辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的實(shí)施意見》指出：到2025年年底，裝配式占新建建筑面積比例達(dá)到35%以上，其中政府投資工程裝配式建筑面積占比達(dá)到70%以上。

1 裝配式梁-柱節(jié)點(diǎn)研究現(xiàn)狀

相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，裝配式結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量可控、施工受季節(jié)影響低、綠色環(huán)保和工期時(shí)間相對(duì)短等優(yōu)點(diǎn)。裝配式結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)連接是確保裝配式結(jié)構(gòu)整體性和安全性的關(guān)鍵所在。現(xiàn)階段，針對(duì)裝配式梁-柱節(jié)點(diǎn)的研究工作已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的密切關(guān)注。陽旭等[4]研究了一種新型端板式梁柱節(jié)點(diǎn)，并針對(duì)該節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行了有限元模擬，發(fā)現(xiàn)該新型節(jié)點(diǎn)與傳統(tǒng)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的抗震性能相近，且承載力有較大提高，滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”的設(shè)計(jì)要求。韓堅(jiān)強(qiáng)等[5]對(duì)裝配式鋼-混結(jié)合梁柱節(jié)點(diǎn)的性能進(jìn)行了有限元分析，認(rèn)為連接處的鋼梁尺寸對(duì)節(jié)點(diǎn)性能的影響較小。

本文在已有研究的基礎(chǔ)上，提出了一種用于裝配式RC結(jié)構(gòu)的新型梁-柱鋼連接節(jié)點(diǎn)，在ABAQUS有限元分析平臺(tái)針對(duì)該節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行了模擬分析，并與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)性能進(jìn)行了對(duì)比，表明該新型節(jié)點(diǎn)可用于實(shí)際工程建設(shè)中。

2 新型梁-柱節(jié)點(diǎn)

本文在傳統(tǒng)裝配式梁-柱連接節(jié)點(diǎn)的研究基礎(chǔ)上，提出一種用于裝配式RC結(jié)構(gòu)的新型梁-柱鋼連接節(jié)點(diǎn)。以邊節(jié)點(diǎn)為例，梁-柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方式見圖1。

(a)整體圖

該節(jié)點(diǎn)是通過在混凝土梁端部設(shè)置連接型鋼鋼板，同時(shí)在柱端設(shè)置型鋼鋼板，上下柱之間通過鋼板焊接連接，通過螺栓連接梁端與柱端，然后通過預(yù)留的混凝土灌注口澆筑商品混凝土，完成節(jié)點(diǎn)的連接。

柱截面尺寸為600 mm×600 mm的方柱，梁截面尺寸為300 mm×500 mm，連接螺栓為M24 10.9S的高強(qiáng)螺栓，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，后期灌注混凝土強(qiáng)度等級(jí)也為C40，混凝土本構(gòu)模型曲線參照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)的要求選用，為塑性損傷模型。柱和梁的縱筋為HRB400級(jí)鋼筋，箍筋采用HPB300鋼筋；柱內(nèi)型鋼和四周連接鋼板厚度為30 mm，材料強(qiáng)度為Q345鋼材。鋼材強(qiáng)度取屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，本構(gòu)模型為理想彈塑性模型。鋼筋、型鋼和螺栓與混凝土采用嵌入連接方式。加載制度采用擬靜力循環(huán)往復(fù)荷載進(jìn)行加載，軸壓比統(tǒng)一為0.3。加載制度見圖2。為了對(duì)比驗(yàn)證，引入一個(gè)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)作為對(duì)照組，對(duì)照節(jié)點(diǎn)的材料尺寸和強(qiáng)度與裝配式梁-柱節(jié)點(diǎn)保持一致。

圖2 加載制度

3 有限元分析及結(jié)果

為分析該新型梁-柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能，采用ABAQUS有限元分析平臺(tái)進(jìn)行建模。本文中采用C3D8R實(shí)體單元進(jìn)行混凝土的模擬。采用T3D2的桁架單元進(jìn)行受力縱筋和受力箍筋的模擬。對(duì)型鋼和鋼板采用C3D8R的實(shí)體單元進(jìn)行模擬。通過引入?yún)⒖键c(diǎn)進(jìn)行往復(fù)加載，對(duì)上柱的柱端采用x和y向位移約束，x向和z向的轉(zhuǎn)角約束，對(duì)下柱的柱端采用x、y和z向的位移約束，x和z向的轉(zhuǎn)角約束。首先施加軸向壓力達(dá)到設(shè)定的軸壓比，然后在參考點(diǎn)施加往復(fù)荷載。

圖3給出了新型梁-柱節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的滯回曲線及骨架曲線。從圖3中可以看出，兩者的滯回性能規(guī)律基本是一致的。隨著水平位移的逐漸增加，節(jié)點(diǎn)的剛度逐漸降低。與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)相比，本文提出的新型梁-柱節(jié)點(diǎn)的承載力略有提高，剛度有所增加。這可能是因?yàn)樾滦凸?jié)點(diǎn)的梁柱連接處雖然采用裝配式連接方式，但是型鋼的存在保證了節(jié)點(diǎn)連接強(qiáng)度同時(shí)后期灌注的混凝土也提高了節(jié)點(diǎn)的整體性，因而對(duì)其抗震性能是有利的。

圖3 滯回曲線

為進(jìn)一步比較兩類節(jié)點(diǎn)的耗能能力，本文采用等效粘滯阻尼系數(shù)進(jìn)行了耗能能力的對(duì)比分析。該系數(shù)越大，代表構(gòu)件的耗能能力越強(qiáng)。分別取節(jié)點(diǎn)屈服、峰值和極限荷載下的滯回環(huán)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 等效粘滯阻尼系數(shù)

從表1可以看出，隨著往復(fù)荷載的增加，試件的等效粘滯阻尼系數(shù)均不斷增大，代表試件的耗能能力逐漸增加。在同一荷載水平下，新型梁-柱節(jié)點(diǎn)的耗能能力均比現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的耗能能力有所提高。

4 結(jié) 論

本文提出了一種新型裝配式RC梁-柱鋼連接節(jié)點(diǎn)，并針對(duì)該節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行了有限元模擬分析，主要結(jié)論如下。

1)相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，新型梁-柱節(jié)點(diǎn)的承載力有所提高，剛度有所增加，抗震性能與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)相近。

2)新型梁-柱節(jié)點(diǎn)的耗能能力較傳統(tǒng)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)有所增加。

3)本文提出的裝配式梁-柱節(jié)點(diǎn)鋼連接形式，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，整體性較好，承載能力高，具有進(jìn)一步的研究和應(yīng)用價(jià)值。

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