裝配式結構體系中混凝土框架結構鋼性連接節點研究

劉海琪 蘇宇涵 李行健 謝守源 肖騰虎

摘? ? 要：隨著社會的發展，我國的建筑結構將由現澆式逐步轉向裝配式混凝土建筑結構。對比于現澆式混凝土建筑結構，裝配式建筑具有施工工期短、施工簡便、環境污染小、綠色環保等優勢，同時我國相關裝配式建筑的技術與設計應用等已逐步趨向成熟，但是與目前現有現澆式建筑的框架節點相比仍存在著明顯缺陷，尤其是高烈區的節點連接問題需要解決，因此，本文對高烈區下的裝配式結構體系中混凝土框架鋼性連接節點進行進行了分析與研究。

關鍵詞：裝配式混凝土框架結構;鉸接節點;消能鋼性“L”型板

1? 引言

社會經濟的提高推動著建筑行業的發展，各類建筑數量的不斷增多，我國建筑領域也迎來了新的挑戰，目前，我國建筑結構逐漸由現澆式施工轉變為裝配式施工，為更好的促進裝配式建筑結構的推廣，使得高烈區下預制裝配式得以廣泛應用，分析研究可控性鉸接節點消能鋼性“L”型板必不可少，這種新型連接節點大大提高了框架結構整體的變形能力。

2? 裝配式建筑鉸接節點的特點及優勢

現階段建筑工程建設中混凝土作為一種使用范圍最廣的結構，裝配式應用符合建筑產業綠色環保、經濟效益最大化原則，對于裝配式建筑而言，框架節點處的拼裝對結構承載的穩定性起到了決定性作用，因此，我們更應該重視其連接。相較于傳統建筑節點的連接方式，本文主要研究混凝土框架的鋼性鉸接節點，采用可控性鉸接節點消能鋼性“L”型板，這里的梁與柱均是預制梁、預制柱，此時，在柱中將鋼性矩形柱橫向預埋，用預制梁對接，進行梁柱拼裝。主要位置集中于消能性鋼板與內部鋼性矩形柱而減少對普通混凝土框架區及支撐柱的損傷，如此提高了框架結構整體的變形能力。

3? 裝配式建筑鉸接節點的實驗設計

本實驗選擇有限元軟件加載裝置，以此來模擬測試該節點的形式框架抗震性能、承載力等相關的設計參數。

本試驗使用ABAQUS有限元軟件建立模型的方法，利用節點設計簡圖來進行對比構造設計，采用對比分析法，對兩組模型進行分析，即在有相同地震條件下，第一組“H”模型采用原有的焊接進行拼裝，第二組“L”模型則采用高強度的螺栓進行拼裝。另外，在試驗的單元與網格方面，“H”與“L”模型，它們的框架構造均統一采用三維實體單元C3D12R。

本實驗“H”、“L”模型采用不同的接觸方式，“H”模型采用“Tie”接觸方式進行模擬，“L”模型則采用“面面相對接觸”進行模擬接觸對接。另一方面，對于柱、梁的箍筋、縱筋組合而成的鋼筋網籠，統一采取“Embed”這種方式嵌入混凝土的受力處來進行計算。而構件間所存在的摩擦，均統一采取庫倫摩擦模型，摩擦系數采用0.40，同時采取摩擦公式中的小量的“彈性滑動”來進行計算。

4? 裝配式建筑鉸接節點的實驗分析

在本實驗中，模型內部的構件包含不同性質，其中主要以混凝土與鋼材兩種材料為主，材料的特點性能使得材料間會存在著相互影響。為對屈服面的演變情況進行有效控制，將采用混凝土損傷塑性模型，并在模型應用該指標。

在試驗中，往往容易導致應力集中，以及加載點均分散在各節點處，為有效避免這種情況，在對模型進行相應的往復加載和軸向加載時，將采取位移控制加載制度。

除此之外，在梁柱的兩端也總是會產生力相互作用的情況，為此以鉸接點中點為參考點，以模擬鉸接點為運動形式，其自由度保證僅允許繞y軸進行轉動（在這里其余的x=0、y=0），以此保證模型能夠符合現實的情況。

5? 裝配式建筑鉸接節點的實驗結果

通過實驗得“H”、“L”模型對比分析表如下：

從表中可以看出在節點力承載力這一方面，“H”模型大于“L”模型。而以D2號、D3號與D4號，D5號進行的對照加載采取單調加載模式不難發現，破壞處都是“L”型板被破壞，而鋼性矩形柱體則是已屈服但未被破壞，也就是沒有達到材料的極限強度。

對比分析實驗數據，可以發現，剛度比在0.255～0.327范圍內，節點極限承載力的極限值有約為22%得大幅度的提升，此時節點的承載力為134.2kN;當消能鋼性“L”型板的厚度大于6mm時，會使得節點的位移速度逐漸降低，以此來減少節點的極限位移，導致位移距離明顯縮短。

6? 結束語

綜上所訴，在裝配式混凝土框架結構中，混凝土框架鋼性鉸接節點是在高烈區下一種有效的框架節點的連接方式。當剛度比在0.255～0.327范圍內時，可控性鉸接節點消能鋼性“L”型板的節點位移明顯降低，而節點的極限承載力則明顯提升，這也充分表現出這種方式能夠極為有效的提高框架結構整體的變形能力、穩定性、有效性，解決高烈區下裝配式建筑的混凝土連接方式的不足，同時滿足綠色環保，保證建筑外觀質量要求。這一研究對高烈區下建筑工程整體質量的提升有著重要作用，同時也會促進常規地理下建筑工程質量的提升，具有一定的現實意義。

參考文獻：

[1] 苗小燕.裝配式混凝土框架結構新型梁柱型鋼 連接節點研究[D].北京：北京建筑大學，2016.

[2] 張紀剛，馬哲昊，梁海志.裝配式混凝土框架消能鋼骨鉸接節點抗震性能數值分析[J].建筑技術，2018（S1）：188～190.