時建華，韓明嵐，張效禹，史震海，王 燕

(1.青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 青島 266525；2.青島理工大學(xué)理學(xué)院，山東 青島 266525；3.山東省建筑科學(xué)研究院有限公司，山東 濟南 250031)

0 引言

裝配式建筑是指主要構(gòu)件預(yù)先在工廠加工完成，再運輸?shù)浆F(xiàn)場安裝，形成具備預(yù)定功能要求的建筑物。裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有構(gòu)件生產(chǎn)工廠化、現(xiàn)場施工機械化、可減少建筑垃圾、節(jié)約勞動力、建造周期短、鋼結(jié)構(gòu)建筑容易改建和拆遷、材料回收再生利用率高等優(yōu)點，契合綠色環(huán)保發(fā)展理念，在國家大力推行建筑節(jié)能與綠色建筑的背景下，裝配式建筑進入新的發(fā)展階段。

在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，節(jié)點性能對框架的受力性能和破壞形式具有重要影響，梁柱節(jié)點受力復(fù)雜，起傳遞彎矩、剪力、軸力和扭矩等作用，是鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)梁柱節(jié)點以栓焊剛性連接為主，1994年美國北嶺地震及1995年日本阪神地震發(fā)現(xiàn)栓焊節(jié)點的梁下翼緣與柱翼緣焊接部位普遍發(fā)生脆性斷裂，鋼材高強特點及良好的延性性能并未達到預(yù)期[1-4]，由此引起結(jié)構(gòu)工程界的關(guān)注。國內(nèi)外學(xué)者通過大量調(diào)查和試驗，研究鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的破壞機理及避免鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點脆性破壞的方法，其中提出外移梁柱節(jié)點塑性鉸，由梁柱節(jié)點脆性破壞轉(zhuǎn)化為梁延性破壞的方法，而帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點是實現(xiàn)塑性鉸外移的節(jié)點形式之一。

GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[5]與JGJ 99—2015《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[6]推薦采用焊接柱與懸臂梁段，再使用高強螺栓與中間梁段連接懸臂梁段的方式。因懸臂梁段與柱連接，柱呈樹狀而被命名為樹狀柱[7]，具有安裝方便、施工周期短、耗能能力好、塑性轉(zhuǎn)動能力強等優(yōu)點，是具有良好經(jīng)濟效益的節(jié)點形式。為此，本文針對裝配式鋼結(jié)構(gòu)帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點的研究進展進行綜述。

1 傳統(tǒng)帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外學(xué)者對帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點的抗震性能做了大量研究，通過低周往復(fù)循環(huán)加載試驗和有限元分析探究該類節(jié)點的耗能機理及不同構(gòu)造參數(shù)與設(shè)計方法對節(jié)點抗震性能的影響。李啟才等[8-9]通過低周往復(fù)循環(huán)加載試驗研究帶懸臂梁段梁柱拼接節(jié)點的抗震性能，節(jié)點構(gòu)造如圖1所示。研究結(jié)果表明梁柱螺栓拼接節(jié)點比梁柱焊縫連接節(jié)點的延性更好，應(yīng)盡量將拼接節(jié)點設(shè)計的弱些，以產(chǎn)生較大的塑性變形，提高梁柱連接的轉(zhuǎn)動能力。節(jié)點拼接區(qū)接觸面的滑移摩擦、螺栓桿與孔壁擠壓和翼緣拼接板的變形都能有效實現(xiàn)耗能，可延緩地震作用對梁柱節(jié)點連接焊縫的破壞。

圖1 帶懸臂梁段梁柱拼接節(jié)點

為比較采用不同設(shè)計方法，帶懸臂梁段拼接節(jié)點對抗震性能的影響[10-11]，按摩擦耗能設(shè)計節(jié)點的可行性[12]，分別對試件進行有限元數(shù)值模擬和低周往復(fù)循環(huán)加載試驗。結(jié)果表明帶懸臂梁段拼接節(jié)點可按節(jié)點拼接處的實際受力進行設(shè)計，節(jié)省拼接用料和施工時間。適當(dāng)減少翼緣高強螺栓數(shù)量，整個連接結(jié)構(gòu)的彈性階段承載力雖有所下降，但極限承載力并不會減小，反而略有增加，這是由于在往復(fù)循環(huán)荷載下優(yōu)先發(fā)生螺栓滑移，接觸面間的摩擦和螺栓桿與孔壁間發(fā)生擠壓變形，這些耗能作用減少能量輸入梁柱對接焊縫，延緩梁柱焊縫開裂。

常鴻飛等[13-14]利用ANSYS有限元軟件對帶懸臂梁段拼接節(jié)點進行有限元分析，研究該節(jié)點在彈性極限狀態(tài)和塑性狀態(tài)下的應(yīng)力分布規(guī)律，并比較普通全焊連接節(jié)點受力性能與變形能力。結(jié)果表明相比普通全焊連接節(jié)點，帶懸臂梁段拼接節(jié)點的彈性極限承載力和初始剛度略有降低，塑性極限承載力差別不大，但節(jié)點彈性剛度和轉(zhuǎn)動能力顯著提高。通過算例分析發(fā)現(xiàn)，帶懸臂梁段拼接節(jié)點用常規(guī)設(shè)計方法進行設(shè)計達不到抗震要求，從而提出整體設(shè)計此類節(jié)點的必要性。

王湛等[15-16]對帶懸臂梁段拼接連接和栓焊連接節(jié)點進行理論計算、試驗研究和有限元模擬，研究帶懸臂梁段連接的梁柱節(jié)點受力性能及初始轉(zhuǎn)動剛度，并與普通全焊梁柱節(jié)點進行比較。研究結(jié)果表明，在保證拼接區(qū)具有足夠強度的條件下，帶懸臂梁段連接節(jié)點與普通全焊連接節(jié)點的初始轉(zhuǎn)動剛度和力學(xué)性能差別不大，拼接區(qū)的主要設(shè)計參數(shù)對梁柱連接處的初始轉(zhuǎn)動剛度影響較小；普通全焊連接節(jié)點初始轉(zhuǎn)動剛度介于鉸接連接和剛性連接間，具有一定半剛性性能。通過精確設(shè)計拼接區(qū)及減小高強螺栓的預(yù)拉力，可增強節(jié)點延性。

Kangmin Lee等[17]為研究帶懸臂梁段拼接節(jié)點在鋼框架中的抗震性能，設(shè)計3個足尺試件，拼接長度分別約為7 500mm梁跨長度的1/6，1/7，1/8，通過試驗研究梁拼接長度對帶懸臂梁段拼接節(jié)點抗震性能的影響。試驗結(jié)果表明，節(jié)點位置變化會改變節(jié)點處的彎矩和剪力，從而影響柱形節(jié)點抗震性能；在5%的層間位移角范圍內(nèi)，所有試件均能順利發(fā)展延性行為，且無脆性斷裂；試件最大抗彎承載力差異不大，拼接長度為1 300mm的試件梁拼接處的彎矩最小，抗螺栓滑移性能優(yōu)于其他試件。

傳統(tǒng)帶懸臂梁段連接節(jié)點可通過拼接區(qū)接觸面的滑移摩擦、螺栓桿與孔壁擠壓及翼緣拼接板的變形實現(xiàn)耗能。相比梁柱焊接節(jié)點，傳統(tǒng)帶懸臂梁段連接節(jié)點的承載力和初始剛度略有降低，但轉(zhuǎn)動能力顯著提高，具有較好的延性和耗能能力。

2 新型帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點研究現(xiàn)狀

何敏娟等[18-19]提出新型帶懸臂梁段栓-焊拼接節(jié)點，構(gòu)造如圖2所示。為研究該節(jié)點的力學(xué)性能，設(shè)計3個試件并進行靜力加載、低周往復(fù)循環(huán)加載試驗及有限元模擬。結(jié)果表明，在往復(fù)循環(huán)荷載作用下，下翼緣兩法蘭板間的縫隙逐漸發(fā)展，從而使連接法蘭板的螺栓松動，完全喪失預(yù)應(yīng)力，導(dǎo)致構(gòu)件失去承載力。靜力加載作用下，當(dāng)法蘭板厚度>20mm時，節(jié)點初始剛度和極限承載力明顯增大，在往復(fù)循環(huán)荷載作用下，法蘭板厚度變化對節(jié)點并沒有較大影響，在往復(fù)循環(huán)荷載作用下，法蘭板處的螺栓孔周圍有明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，高強螺栓逐漸由摩擦型轉(zhuǎn)化為承壓型。

圖2 新型帶懸臂梁段栓-焊拼接節(jié)點

郁有升等[20-21]提出 “互”字形裝配式梁柱拼接節(jié)點，如圖3所示。利用ABAQUS有限元軟件進行靜力和擬靜力分析，研究螺栓數(shù)目、蓋板寬度及厚度、懸臂梁段長度等參數(shù)對節(jié)點力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，相比精確設(shè)計法和簡化設(shè)計法，等強度設(shè)計方法設(shè)計的基本試件滯回性能更好，根據(jù)有限元分析結(jié)果，給出該節(jié)點拼接參數(shù)合理的取值范圍，蓋板橫截面積宜大于梁翼緣橫截面積，比值宜控制在1.05～1.30，懸臂梁段長度宜取1.7～2.0倍梁高。由于上翼緣拼接板的存在使梁上翼緣不是平面，不利于樓板施工，郁有升等[22-23]進行改進，形成梁柱上焊下栓節(jié)點。此節(jié)點拼接區(qū)的梁上翼緣采用焊接連接，下翼緣通過拼接板進行螺栓連接。利用ABAQUS有限元軟件研究該節(jié)點的抗震性能，并對比分析相同設(shè)計參數(shù)的上焊下栓節(jié)點、“互”字形節(jié)點和栓焊混合節(jié)點的滯回性能。結(jié)果表明，地震作用下，梁柱上焊下栓節(jié)點具有良好的耗能能力，耗能能力和變形能力低于相同設(shè)計參數(shù)的“互”字形節(jié)點，但略高于栓焊混合節(jié)點。

圖3 “互”字形裝配式梁柱拼接節(jié)點

張愛林等[24-25]提出Z字形懸臂梁段拼接節(jié)點，如圖4所示?；?種框架梁裝配形式及螺栓數(shù)目、螺孔直徑、節(jié)點加勁肋參數(shù)變化，對6個節(jié)點試件進行低周往復(fù)循環(huán)加載試驗，并利用ABAQUS軟件進行擬靜力和靜力有限元分析，以研究節(jié)點抗震性能。結(jié)果表明，節(jié)點拼接區(qū)的接觸面滑移、螺栓桿和孔壁擠壓變形及板件屈服均能有效實現(xiàn)耗能，破壞模式為懸臂梁段下翼緣螺栓孔截面撕裂或螺栓孔發(fā)生大變形，靠近拼接區(qū)域的鋼梁翼緣發(fā)生局部屈曲，實現(xiàn)塑性鉸外移。在翼緣和腹板處開大螺栓孔，三角形垂直加勁肋對節(jié)點抗震性能影響很小，因此，可適當(dāng)開大螺栓孔及使用三角形垂直加勁肋代替內(nèi)隔板，以便現(xiàn)場裝配和工廠加工。上下翼緣拼接區(qū)板件間的滑移不是同時開始的，且加載過程中大部分螺栓拉力都有一定程度的損失。

圖4 帶Z字形懸臂梁段梁柱拼接節(jié)點

黃鵬剛等[26]研究與柱弱軸連接的帶懸臂梁段異形節(jié)點抗震性能。節(jié)點構(gòu)造如圖5所示。利用ABAQUS軟件對異形節(jié)點進行擬靜力分析，研究帶懸臂梁段異形節(jié)點的破壞形態(tài)、滯回性能、剛度退化、承載力及延性性能等，并與標準異形節(jié)點進行對比。結(jié)果表明，帶懸臂梁段異形節(jié)點的初始剛度和承載力比標準異形節(jié)點有所降低，但耗能能力和延性性能明顯提高。

圖5 節(jié)點構(gòu)造示意

柴琦琛[27]結(jié)合端板連接節(jié)點和帶懸臂梁段拼接節(jié)點，提出新型裝配式帶懸臂梁段拼接節(jié)點，如圖6所示。利用ABAQUS軟件對8組試件進行靜力和擬靜力有限元分析，研究各參數(shù)對滯回性能的影響。結(jié)果表明，在靜力荷載作用下，蓋板厚度對節(jié)點承載力和轉(zhuǎn)動能力影響較大，在循環(huán)荷載作用下，蓋板厚度與寬度及懸臂梁段長度對滯回性能影響較明顯，設(shè)計該節(jié)點時，蓋板橫截面積宜大于梁翼緣橫截面積，比值宜控制在1.2～1.4，且蓋板厚度不應(yīng)小于梁翼緣厚度，拼接位置宜設(shè)置在梁反彎點附近。

圖6 新型裝配式帶懸臂梁段拼接節(jié)點構(gòu)造

試驗研究表明LY315鋼材具有優(yōu)越的滯回性能及延性[28]。李志林等[29]通過高強度螺栓抗滑移系數(shù)試驗及梁柱拼接節(jié)點往復(fù)循環(huán)加載試驗，得到該節(jié)點的破壞模式、滯回曲線、骨架曲線及延性系數(shù)等，研究利用LY315鋼材的帶懸臂梁段長度對該節(jié)點抗震性能的影響。結(jié)果表明，LY315鋼材制作的帶懸臂梁段拼接節(jié)點試件具有良好的耗能能力、變形能力及延性性能，增加懸臂梁段長度，試件耗能能力有所降低，而承載力略有提高，懸臂梁段長度變化對試件延性性能和剛度退化影響不大。

新型節(jié)點不僅要改變節(jié)點構(gòu)造，簡化施工工序，提高裝配效率，更要通過嚴謹?shù)睦碚摴接嬎?，保證節(jié)點受力性能，推動裝配式鋼結(jié)構(gòu)帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點的發(fā)展。但新型節(jié)點存在構(gòu)件設(shè)計不統(tǒng)一、缺少制作和建造標準等問題，實際應(yīng)用并不廣泛。

3 帶懸臂梁段削弱型及加強型節(jié)點研究現(xiàn)狀

削弱型帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點指梁翼緣削弱的狗骨式連接節(jié)點，加強型帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點包括梁端擴大翼緣、設(shè)置蓋板、加勁肋或加腋等形式。通過試驗和有限元分析，對帶懸臂梁段削弱型及加強型節(jié)點的抗震性能開展研究。Mcmullin等[30]對帶懸臂梁段拼接節(jié)點抗彎鋼框架的抗震性能進行理論研究，并對削弱翼緣拼接板截面的節(jié)點試件進行低周往復(fù)循環(huán)加載試驗。結(jié)果表明，4，24層的建筑從剛性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為半剛性結(jié)構(gòu)，整體性能得到提高，削弱截面的拼接板屈曲導(dǎo)致強度退化，但當(dāng)控制最大屈曲變形后，其行為在幾個連續(xù)循環(huán)中趨于穩(wěn)定。削弱截面的拼接板和螺栓滑移可提高節(jié)點塑性變形性能，在強地震作用下，半剛性節(jié)點的拼接區(qū)能提供穩(wěn)定耗能，減少地震能量向梁柱連接處輸入，避免梁柱連接處發(fā)生脆性破壞。

Keunyeong Oh等[31]為研究削弱翼緣拼接板截面對帶懸臂梁段連接節(jié)點抗震性能的影響，對2個削弱翼緣拼接板截面的節(jié)點試件和按照等強度設(shè)計法設(shè)計的節(jié)點試件進行低周往復(fù)循環(huán)加載試驗，以得到彈塑性行為和破壞模式。結(jié)果表明，節(jié)點試件均達到0.05rad層間位移角，沒有發(fā)生脆性斷裂，均為梁翼緣局部屈曲，當(dāng)設(shè)計帶懸臂梁段拼接節(jié)點時，由于梁拼接位置設(shè)置在距柱面一定距離處，因此梁拼接位置的塑性彎矩承載力不必大于梁塑性彎矩承載力。削弱翼緣拼接板截面的節(jié)點試件抗彎承載力沒有明顯降低，且耗能能力也優(yōu)于按等強度設(shè)計法設(shè)計的試件。Keunyeong Oh等[32]又研究柱弱軸與削弱型懸臂梁段連接節(jié)點抗震性能。設(shè)計3個柱弱軸與懸臂梁段連接節(jié)點，分別是懸臂梁段為等截面梁柱連接節(jié)點(CT-BASE)、懸臂梁段為圓弧形削弱截面的梁柱連接節(jié)點(CT-RBS)、懸臂梁段為錐形削弱截面的梁柱連接節(jié)點(CT-DRBS)，并進行低周往復(fù)循環(huán)加載試驗，如圖7～9所示。結(jié)果表明，懸臂梁段為圓弧形削弱截面和錐形削弱截面的試件，在5%層間位移角下成功發(fā)展出延性行為，而不發(fā)生脆性斷裂，懸臂梁段為等截面節(jié)點的試件也成功達到5%的層間位移角，但在梁柱節(jié)點焊接處發(fā)生脆性斷裂。懸臂梁段為圓弧形削弱截面的試件相比其他2個試件，塑性性能和耗能能力更穩(wěn)定。

圖7 試件CT-BASE破壞過程

圖8 試件CT-RBS破壞過程

圖9 試件CT-DRBS破壞過程

郭志鵬等[33]研究帶Z字形懸臂梁段和削弱梁段拼接節(jié)點的抗震性能，基于2種框架梁設(shè)計4個裝配式試件，并進行低周往復(fù)循環(huán)加載試驗及靜力和擬靜力的有限元分析，節(jié)點形式如圖10所示。結(jié)果表明，節(jié)點主要由削弱梁段的塑性變形和拼接區(qū)接觸面滑移實現(xiàn)耗能。削弱梁段宜彎扭失穩(wěn)提前發(fā)生破壞，應(yīng)在削弱處增加側(cè)向約束，保證節(jié)點充分耗能。

圖10 帶Z字形懸臂梁和削弱梁拼接節(jié)點

袁素榮等[34]研究帶懸臂梁段加強型節(jié)點抗震性能，設(shè)計2種加強形式的帶懸臂梁段連接節(jié)點，即在梁下翼緣處加腋，上翼緣進行擴翼和加蓋板。通過ANSYS有限元軟件進行擬靜力數(shù)值分析，并對比分析無加強措施的帶懸臂梁段梁柱節(jié)點。結(jié)果表明，相比懸臂梁段無加強的梁柱節(jié)點，節(jié)點加強后的承載力明顯提高，并且將節(jié)點附近的應(yīng)力集中區(qū)外移，說明這2種加強型節(jié)點抗震性能良好，能將塑性鉸外移；相比翼緣擴翼型節(jié)點，加蓋板型節(jié)點抗震性能略好，且梁上翼緣處應(yīng)力集中程度較小。

理素杰等[35]為有效控制塑性鉸位置，設(shè)計懸臂梁段為梯形截面和等截面的梁柱節(jié)點，通過低周往復(fù)循環(huán)加載試驗分析2組節(jié)點抗震性能。結(jié)果表明，懸臂梁段梁端采用梯形截面加強處理后，可將塑性鉸的形成位置外移，提高節(jié)點延性性能，改善加強處理后的梁端應(yīng)力分布，使梁柱連接處的焊縫應(yīng)力低于梁拼接處的焊縫應(yīng)力，防止梁柱焊縫發(fā)生脆性斷裂，從而加強節(jié)點。

Chen等[36-37]從低周往復(fù)循環(huán)加載試驗和有限元數(shù)值模擬方面闡述帶懸臂梁段擴翼加強型梁柱節(jié)點受力性能。利用有限元研究懸臂梁擴大翼緣的有效性，及幾何變量對連接性能的影響程度，此外，對7個足尺試件進行低周往復(fù)循環(huán)加載試驗，以研究滯回性能，節(jié)點構(gòu)造如圖11所示。結(jié)果表明，無論是采用全焊連接還是栓焊混合連接的梁翼緣擴翼放坡型試件，都在遠離柱面的梁截面上形成塑性鉸，并具有良好的延性性能。梁翼緣擴翼放坡型試件的放坡區(qū)發(fā)生明顯屈服，具有穩(wěn)定能量耗散能力。梁翼緣擴翼放坡型節(jié)點性能主要受梁柱節(jié)點擴翼寬度和放坡區(qū)長度影響，增加擴翼寬度可提高梁柱焊縫處的承載力，從而提高梁柱節(jié)點處的安全富裕度，梁翼緣放坡區(qū)可有效降低梁柱焊縫處的塑性應(yīng)變。

圖11 梁端擴翼放坡型節(jié)點

黃鵬剛[38]研究節(jié)點域箱形加強式工字形柱弱軸懸臂梁段連接節(jié)點的抗震性能，節(jié)點構(gòu)造如圖12所示。對2個懸臂梁段不同鋼材材性節(jié)點進行低周往復(fù)循環(huán)加載試驗，并通過ABAQUS軟件研究蒙皮板厚度、懸臂梁段鋼材材性、梁端加強形式和懸臂梁長度對節(jié)點抗震性能的影響。結(jié)果表明，試件懸臂梁與柱翼緣連接的焊縫應(yīng)力和梁與梁拼接處的焊縫應(yīng)力均較大，要嚴格保證該處的焊縫質(zhì)量。蒙皮板厚度對節(jié)點初始剛度和承載能力影響較小，對節(jié)點破壞形態(tài)和延性性能有顯著影響。懸臂梁段采用較高強度鋼材可提高節(jié)點初始抗側(cè)剛度和極限承載力，懸臂梁段梁端加強處理后，節(jié)點剛度和承載力明顯提高，但延性及耗能能力有所降低。當(dāng)該節(jié)點采用栓焊混合連接時，懸臂梁段長度宜取1～2倍梁高，但應(yīng)≤1.6m。

圖12 節(jié)點域箱形加強式工字形柱弱軸懸臂梁段連接節(jié)點

Baharmast等[39]對帶懸臂梁段梁柱拼接節(jié)點抗震性能進行數(shù)值分析，并比較4種改進節(jié)點，包括單勁肋加強型節(jié)點、雙勁肋加強型節(jié)點、蓋板加強型節(jié)點和圓弧削弱型節(jié)點。利用ABAQUS軟件進行分析，結(jié)果表明，改進后的加強型節(jié)點提高承載能力、抗彎能力，改善滯回性能及增強能量耗散。圓弧削弱型節(jié)點由于截面減小，相比具有相同幾何特性的試樣承載能力降低，但改善節(jié)點的循環(huán)響應(yīng)，在遠離梁柱截面的削弱區(qū)形成塑性鉸，有助于框架實現(xiàn)塑性鉸外移。改進后的加強型節(jié)點在彈性分析狀態(tài)下，梁柱截面焊接區(qū)的應(yīng)力值較低，梁翼緣應(yīng)力增加，從而降低梁柱發(fā)生脆性斷裂的可能性。

削弱型及加強型帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點可很好地外移塑性鉸，減小梁端應(yīng)力集度，避免梁柱焊接處發(fā)生脆性破壞，具有較好的耗能能力和延性。翼緣削弱型連接節(jié)點的削弱區(qū)長度、削弱深度及削弱區(qū)距柱邊距離的確定尤為重要，加工難度較大，易導(dǎo)致鋼梁發(fā)生平面外屈曲，加強型連接節(jié)點梁端截面抵抗彎矩增大，根據(jù)強柱弱梁強節(jié)點的設(shè)計原則，應(yīng)加大柱截面尺寸，另外，蓋板、加勁肋和腋板設(shè)置不僅增多節(jié)點處的焊縫，且不便于樓板安裝。

4 帶懸臂梁段組合節(jié)點研究現(xiàn)狀

裝配式鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點研究對象多為純鋼節(jié)點，考慮樓板和填充墻組合作用的帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點研究相對較少，通過試驗和有限元模擬，探討混凝土樓板及填充墻對節(jié)點抗震性能的影響。馬良[40]為研究樓板組合作用對帶懸臂梁段拼接點抗震性能的影響，設(shè)計3個鋼框架帶樓板的鋼梁拼接節(jié)點，并進行低周往復(fù)循環(huán)加載試驗，分析試件的承載力、滯回性能、耗能能力、延性性能和剛度退化等抗震性能指標。結(jié)果表明，相比純鋼結(jié)構(gòu)拼接節(jié)點，考慮樓板組合作用的節(jié)點試件承載力和剛度有所提高，并且具有良好的延性和耗能能力。增大樓板配筋率或厚度可提高節(jié)點試件剛度和承載力，當(dāng)抗剪栓釘較少且混凝土板較厚時，抗剪栓釘被剪斷，而當(dāng)混凝土板較薄時，抗剪栓釘會壓碎周圍混凝土。

Keunyeong Oh等[41]探究帶懸臂梁段梁柱節(jié)點與樓板組合后的抗震性能，設(shè)計4個不同形式帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點足尺試件，分為節(jié)點小組1，2，如圖13所示，節(jié)點小組1為不考慮樓板組合作用與柱強軸和弱軸連接的帶懸臂梁段梁柱節(jié)點，節(jié)點小組2為考慮樓板組合作用與柱強軸和弱軸連接的帶懸臂梁段梁柱節(jié)點。對節(jié)點進行低周往復(fù)循環(huán)荷載試驗，以評估4個帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點的滯回性能。結(jié)果表明，節(jié)點小組1達到5%的層間位移比，但梁柱連接處出現(xiàn)微小的裂縫，而節(jié)點小組2梁柱連接底部翼緣處雖未發(fā)生脆性斷裂，但梁柱連接處混凝土板發(fā)生嚴重擠壓，且梁柱連接底部翼緣處承受很大的應(yīng)力，脆性斷裂的潛在風(fēng)險仍然存在，因此，設(shè)計時應(yīng)考慮樓板組合作用。4個節(jié)點試件螺栓都發(fā)生滑移，且節(jié)點小組2的螺栓滑移量最大，表明樓板組合作用對螺栓滑移影響不大，且通常發(fā)生在帶懸臂梁段梁柱連接類型中。由于鋼梁翼緣和混凝土板間的分離，抗剪螺栓在鋼梁翼緣上斷開，比較試件滯回曲線得知，節(jié)點小組1的試件比節(jié)點小組2的試件耗能能力更好，表明樓板組合作用降低延性性能。

圖13 帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點足尺試件

夏軍武等[42]研究帶懸臂梁段梁柱拼接節(jié)點對帶填充墻鋼框架抗震性能的影響。設(shè)計1榀1∶2縮尺帶砌體填充墻的懸臂梁拼接鋼框架，并進行低周往復(fù)循環(huán)加載試驗及ANSYS有限元數(shù)值分析，分析該結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)、滯回性能、延性性能、耗能能力和剛度退化等抗震性能指標。結(jié)果表明，帶砌體填充墻的懸臂梁拼接鋼框架具有良好的承載力和位移延性。加載過程中，填充墻先于拼接節(jié)點發(fā)生破壞，對節(jié)點起保護作用，懸臂梁拼接節(jié)點和填充墻構(gòu)造提高結(jié)構(gòu)抗震性能。結(jié)果表明，墻體厚度和框架跨度對結(jié)構(gòu)耗能能力影響明顯，而框架層高對結(jié)構(gòu)耗能能力影響較小。

盧林楓等[43]研究考慮樓板組合作用，對與柱弱軸箱型節(jié)點域連接的帶懸臂梁段拼接節(jié)點滯回性能的影響，設(shè)計3個純鋼節(jié)點試件和對應(yīng)設(shè)計的3個組合節(jié)點試件，純鋼節(jié)點構(gòu)造如圖14所示。通過低周往復(fù)循環(huán)加載試驗分析對比試件破壞現(xiàn)象、滯回曲線、應(yīng)變分布、剛度退化和耗能能力等。結(jié)果表明，相比純鋼節(jié)點，組合節(jié)點使梁的中和軸上移，從而保護梁上翼緣焊縫，但增大梁下翼緣焊縫破壞的風(fēng)險，組合節(jié)點滯回曲線更加飽滿，承載性能更加穩(wěn)定，剛度也有明顯提高。從3種懸臂梁段的不同處理方式來看，標準型與蓋板型試件受力性能相當(dāng)，而變材性試件的承載力最高。另外，各試件耗能能力從滯回曲線包圍面積與能量耗散系數(shù)指標分析得到相悖的結(jié)論，耗能能力評價方法有待商榷。

圖14 純鋼節(jié)點構(gòu)造示意

樓板和填充墻對帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點的抗震性能有較大影響，相比純鋼節(jié)點，考慮組合作用的節(jié)點承載力和剛度有所提高，耗能能力及延性略有降低?？紤]樓板組合作用會使鋼梁的中和軸上移，對梁上翼緣焊縫起一定保護作用，但增大梁下翼緣焊縫發(fā)生破壞的風(fēng)險。

5 結(jié)語

本文簡要闡述對裝配式鋼結(jié)構(gòu)帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點，如帶懸臂梁段傳統(tǒng)梁柱連接節(jié)點、新型梁柱連接節(jié)點、削弱型及加強型節(jié)點及考慮樓板和填充墻組合節(jié)點的研究內(nèi)容。

隨著國內(nèi)外學(xué)者不斷深入研究，性能良好的新型帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點被提出，但仍存在尚待解決的問題，如帶懸臂梁段不易運輸，增加運輸成本；為防止柱壁受拉或受壓發(fā)生屈曲，通常在懸臂梁段上下翼緣處的鋼管柱內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)隔板，方鋼管柱中的內(nèi)隔板設(shè)置受鋼管柱邊長限制，當(dāng)鋼管柱邊長較小或采用成品鋼管時，存在施焊困難、混凝土澆灌質(zhì)量降低等問題。上述問題使裝配式鋼結(jié)構(gòu)帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點在工程應(yīng)用中受一定限制。為此，未來還需廣大學(xué)者從以下方面進行深入探索和研究。

1)提出傳力明確、力學(xué)性能可靠、運輸和安裝更方便的新型帶懸臂梁段梁柱連接節(jié)點。

2)注重震后可恢復(fù)功能裝配式鋼結(jié)構(gòu)的研發(fā)，在帶懸臂梁段連接節(jié)點中加入耗能元件或可更換構(gòu)件，研究節(jié)點抗震性能。

3)目前對采用新型帶懸臂梁段連接節(jié)點的框架理論和試驗研究較少，可開展對該類框架結(jié)構(gòu)的理論分析，采用直接分析法研究結(jié)構(gòu)整體強度和穩(wěn)定性。另外，開展可采用帶懸臂梁段連接節(jié)點的三維空間框架理論研究。

4)大力研發(fā)裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系，實行結(jié)構(gòu)、圍護和內(nèi)裝系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計，推動建造方式創(chuàng)新，使裝配式鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化，促進建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。