采用不同連接方式的外掛UHPC幕墻鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究

何利，種迅，沙慧玲，等.2024.采用不同連接方式的外掛UHPC幕墻鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究［J］.地震研究，47（1）：094-104，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0031.

He L，Chong X，Sha H L，et al.2024.Study on seismic performance of reinforced concrete frame structure with UHPC cladding panels using different connection systems［J］.Journal of Seismological Research，47（1）：094-104，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0031.

摘要：為研究超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，簡稱UHPC）幕墻與主體結(jié)構(gòu)間不同連接方式對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，提出了適用于UHPC幕墻的新型柔性連接和耗能連接方式。設(shè)計(jì)了4種單層單跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，分別為UHPC幕墻采用柔性連接、耗能連接和剛性連接方式的框架結(jié)構(gòu)及不含幕墻的純框架結(jié)構(gòu)。利用有限元軟件ABAQUS對(duì)4種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力推覆分析和彈塑性時(shí)程分析，對(duì)比研究其在水平地震作用下的損傷機(jī)制以及動(dòng)力荷載作用下的抗震性能。結(jié)果表明：4種模型中主體結(jié)構(gòu)的最終損傷模式一致，均在梁端和柱腳出現(xiàn)塑性鉸；幕墻與主體結(jié)構(gòu)采用剛性連接時(shí)，連接節(jié)點(diǎn)處螺栓發(fā)生破壞，連接附近的墻板及框架梁損傷嚴(yán)重；采用柔性連接和耗能連接方式時(shí)，連接節(jié)點(diǎn)處的墻板和連接螺栓均保持完好。彈塑性時(shí)程分析結(jié)果表明：采用耗能連接方式時(shí)，水平地震作用下主體結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)較輕，結(jié)構(gòu)在3條地震波作用下的位移響應(yīng)相比柔性連接模型減小了24.8%、32.9%和36.5%，減震效果顯著。

關(guān)鍵詞：UHPC幕墻；柔性連接；耗能連接；剛性連接；抗震性能

中圖分類號(hào)：TU973+.31"""文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""文章編號(hào)：1000-0666（2024）01-0094-11

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0031

0"引言

隨著建筑外裝飾技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜，建筑設(shè)計(jì)對(duì)建筑幕墻的通透性、美學(xué)效果及獨(dú)特性有了更高的要求。超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，簡稱UHPC）墻板具有易于造型、外型美觀、耐久性好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，其在建筑幕墻領(lǐng)域的推廣應(yīng)用倍受關(guān)注。UHPC幕墻技術(shù)在國外得到較為廣泛的應(yīng)用，在國內(nèi)也已在部分工程中得到了應(yīng)用，并取得了較好的效果（陳寶春等，2019）。

UHPC幕墻作為一種非結(jié)構(gòu)外圍護(hù)構(gòu)件，其與主體結(jié)構(gòu)之間的連接方式是影響結(jié)構(gòu)安全性的重要因素。目前主體結(jié)構(gòu)和外墻板之間常用的連接方式包括剛性連接、柔性連接和耗能連接。研究表明（Toniolo，Colombo，2012；Bournas et al，2014；Belleri et al，2015），墻板與結(jié)構(gòu)間采用剛性連接時(shí)，二者之間無相對(duì)變形，地震作用下將會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用，從而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)處承受較大的內(nèi)力。柔性連接方式可以解決這一問題，通過設(shè)置可以產(chǎn)生變形的連接節(jié)點(diǎn)，使得墻板和主體結(jié)構(gòu)在地震作用下可以相互獨(dú)立變形，從而避免二者之間的相互作用，減小對(duì)連接節(jié)點(diǎn)承載力的需求。柔性連接方式多采用“點(diǎn)連接”形式，墻板和結(jié)構(gòu)之間通常設(shè)置4個(gè)連接節(jié)點(diǎn)。根據(jù)墻板的形式和節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造的區(qū)別，墻板和主體結(jié)構(gòu)在地震作用下往往會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)變形（Del et al，2019）。近年來，在結(jié)構(gòu)中安裝消能減震裝置以耗散地震能量已經(jīng)成為提升現(xiàn)代建筑抗震性能的重要方式。在UHPC幕墻與主體結(jié)構(gòu)間柔性連接節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上采用耗能裝置，可以充分利用墻板和主體結(jié)構(gòu)在地震作用下的相對(duì)變形，耗散地震能量，減小主體結(jié)構(gòu)的損傷，因此這是一種更為合理的連接方式。而摩擦阻尼器作為消能減震裝置的一種，具有構(gòu)造簡單、耗能能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的工程應(yīng)用前景。

本文首先提出了一種UHPC幕墻與主體結(jié)構(gòu)間的柔性連接方式。這種連接通過在連接角鋼上設(shè)置可以讓螺栓豎向滑動(dòng)的長螺栓孔，使得UHPC幕墻在地震作用下能夠產(chǎn)生與主體結(jié)構(gòu)獨(dú)立的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)變形。然后在柔性連接的基礎(chǔ)上安裝摩擦阻尼器，利用墻板和主體結(jié)構(gòu)間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)變形產(chǎn)生摩擦耗能，從而得到了UHPC幕墻與主體結(jié)構(gòu)間的新型耗能連接方式。為了評(píng)估所提出的柔性連接方式和耗能連接方式的有效性，采用有限元軟件ABAQUS分別建立了4種模型，對(duì)4種模型進(jìn)行了靜力推覆分析和彈塑性時(shí)程分析，系統(tǒng)研究了連接節(jié)點(diǎn)、墻板以及主體結(jié)構(gòu)在地震作用下的損傷演變機(jī)制以及耗能能力。

1"新型UHPC幕墻連接節(jié)點(diǎn)

本文所提出的UHPC幕墻柔性連接方式如圖1a所示。墻板下部采用2個(gè)承重連接裝置（圖1e）與下層梁連接，上部采用2個(gè)限位連接裝置（圖1c）與上層梁連接。承重連接裝置包括懸臂方鋼管和承重連接角鋼（圖1f），方鋼管和連接角鋼的水平肢通過螺栓連接。在幕墻下部預(yù)埋2個(gè)套筒，與連接角鋼的豎向肢通過螺栓連接。連接角鋼的豎向肢上設(shè)有豎向開口長孔，在螺栓墊板與角鋼之間設(shè)置滑移件，螺栓可在長孔內(nèi)發(fā)生豎向的滑動(dòng)變形。

由于限位連接裝置不承受UHPC幕墻的重力，僅限制幕墻的平面外變形，因此限位連接裝置所需的螺栓直徑小于承重節(jié)點(diǎn)，且角鋼上不需設(shè)置加勁肋。限位連接角鋼（圖1d）的豎向肢上也開設(shè)豎向長孔，使螺栓可在長孔內(nèi)發(fā)生豎向的滑動(dòng)變形。采用這種連接方式，主體結(jié)構(gòu)在地震作用下產(chǎn)生水平變形時(shí)，UHPC幕墻隨之進(jìn)行平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)變形，幕墻轉(zhuǎn)動(dòng)變形如圖1b所示。

為了有效利用主體結(jié)構(gòu)與UHPC幕墻間的相對(duì)變形，在上部限位連接節(jié)點(diǎn)和下部承重連接節(jié)點(diǎn)的連接角鋼和螺栓兩側(cè)串聯(lián)摩擦片、鋼墊板、螺栓墊片和碟形彈簧組，形成摩擦耗能節(jié)點(diǎn)，如圖2所示。在高強(qiáng)螺栓上施加預(yù)緊力后，在水平地震作用下，兩塊摩擦片只會(huì)沿著連接角鋼的豎向肢滑動(dòng)。通過控制高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊力大小和摩擦片的摩擦系數(shù)，可以改變摩擦阻尼器的阻尼力，利用阻尼力消耗地震輸入能量，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2"有限元模型

2.1"模型設(shè)計(jì)

為了對(duì)比研究采用柔性連接方式、耗能連接方式和傳統(tǒng)的剛性連接方式時(shí)，UHPC幕墻對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)單層單跨鋼筋混凝土框架（Reinforced Concrete，簡稱RC）結(jié)構(gòu)。其中，混凝土強(qiáng)度等級(jí)選取C30，縱筋和箍筋均采用HRB400級(jí)，連接節(jié)點(diǎn)鋼材采用Q355。框架的尺寸和配筋見圖3a、b，UHPC幕墻板的尺寸和布置見圖3c。

每塊UHPC墻板通過上部2個(gè)限位連接節(jié)點(diǎn)和下部2個(gè)承重連接節(jié)點(diǎn)與RC框架連接，懸臂鋼管焊接在梁中的預(yù)埋件上。柔性連接節(jié)點(diǎn)和連接處的構(gòu)造見圖4，耗能連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造見圖5。上部限位連接螺栓直徑取18 mm，下部承重連接螺栓直徑取24 mm。根據(jù)何利等（2023）對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)式柔性連接節(jié)點(diǎn)角鋼豎向肢開孔長度提出的設(shè)計(jì)方法，分別取上部限位連接角鋼和下部承重連接角鋼豎向肢開孔長度為80 mm和90 mm。

2.2"模型建立

利用有限元分析軟件ABAQUS建立4個(gè)模型。其中，模型一為不含UHPC幕墻的純框架結(jié)構(gòu)（圖6a）；模型二為采用所提出的柔性連接方式的含UHPC幕墻的RC框架結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)尺寸和連接方式如圖4和圖6b所示，建模時(shí)預(yù)埋在墻板內(nèi)的螺栓采用綁定方式連接；模型三為采用本文所提出的耗能連接方式的含UHPC幕墻的RC框架結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)尺寸和連接方式如圖5和圖6c所示，建模方式與柔性連接模型類似，區(qū)別在于連接節(jié)點(diǎn)處增加了用于耗能的摩擦片；模型四中將柔性連接改為剛性連接（圖6d），即將連接角鋼中的長孔改為一般的圓孔，其余參數(shù)均與模型二相同，此時(shí)UHPC墻板和主體結(jié)構(gòu)之間不發(fā)生相互變形，墻板和主體結(jié)構(gòu)間位移耦合。

在ABAQUS有限元分析模型中，鋼筋采用T3D2桁架單元建模，RC框架、UHPC幕墻板和連接節(jié)點(diǎn)等均采用C3D8R實(shí)體單元建模，RC框架采用C30混凝土損傷塑性本構(gòu)。鋼材單軸受拉和受壓應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)選用理想彈塑性模型。連接節(jié)點(diǎn)鋼材彈性模量均為206 GPa，泊松比均為0.3。所有模型的鋼筋均內(nèi)置于框架中。高強(qiáng)螺栓采用Chong等（2023）定義的單軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，屈服強(qiáng)度為570 MPa，屈服應(yīng)變?yōu)?.003。UHPC的受拉和受壓本構(gòu)參考王衍等（2020）、楊劍和方志（2008）定義的模型，UHPC的抗壓和抗拉強(qiáng)度分別為138 MPa和11.7 MPa，UHPC的峰值應(yīng)變?yōu)?.003 5，極限應(yīng)變?yōu)?.004 5。

在柔性連接、耗能連接和剛性連接模型中，懸臂鋼管與預(yù)埋件之間，以及連接角鋼與懸臂鋼管之間的焊縫均采用Tie連接，螺栓嵌入U(xiǎn)HPC墻板內(nèi)。在柔性連接模型中，螺栓與連接角鋼之間的摩擦系數(shù)取0.15（楊參天，李愛群，2023），螺栓僅施加一個(gè)非常小的預(yù)緊力。在耗能連接模型中，采用黃銅片作為摩擦材料，建模時(shí)不單獨(dú)建立摩擦片，將摩擦耗能節(jié)點(diǎn)簡化為用螺栓相連的兩塊鋼板，鋼板和角鋼豎向肢之間的摩擦系數(shù)取0.15。限位連接節(jié)點(diǎn)和承重連接節(jié)點(diǎn)的螺栓預(yù)緊力均取100 kN，由庫倫摩擦定律可得，單個(gè)摩擦阻尼器出力為30 kN。根據(jù)等效線性化方法（潘鵬等，2014），此時(shí)RC框架在多遇地震下的附加阻尼比為7.3%。

2.3"摩擦阻尼器有限元模擬驗(yàn)證

為了驗(yàn)證摩擦阻尼器建模方式的正確性，需要將其與石文龍等（2021）設(shè)計(jì)的滑動(dòng)摩擦阻尼器力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比（圖7）。本文選取了該研究中的第7個(gè)試驗(yàn)工況作為對(duì)比，試驗(yàn)裝置由耳板、上下夾板和開設(shè)長孔的滑動(dòng)板組成，摩擦材料采用紫銅，試驗(yàn)加載頻率為0.01 Hz，加載圈數(shù)一圈。按該研究中試驗(yàn)裝置的尺寸、材料本構(gòu)和摩擦系數(shù)進(jìn)行建模，得到摩擦阻尼器的模擬滯回曲線和本文的試驗(yàn)結(jié)果曲線對(duì)比（圖8）。從圖8可見，模擬曲線與試驗(yàn)滯回曲線吻合良好，阻尼器出力穩(wěn)定，摩擦阻尼器的建模方式具有合理性。

3"靜力推覆分析

在每根柱的頂部施加豎向荷載321.8 kN（設(shè)計(jì)軸壓比為0.325）。采用單調(diào)位移加載模式，將結(jié)構(gòu)推覆至《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）規(guī)定的罕遇地震下鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)層間位移角限值1/50，即頂點(diǎn)位移58 mm。

3.1"RC框架損傷分析

在加載到1/50層間位移角時(shí)，4種模型框架混凝土等效塑性應(yīng)變?cè)茍D和鋼筋應(yīng)力云圖如圖9所示，通過云圖對(duì)比分析框架結(jié)構(gòu)的損傷情況。

由圖9a可見，模型一的最大等效塑性應(yīng)變出現(xiàn)在梁端，為0.005 53，模型二、三的最大等效塑性應(yīng)變出現(xiàn)在同一位置，分別為0.006 19和0.005 25，與模型一的差距較小。而模型四中，在墻板連接節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)了明顯的應(yīng)變較大區(qū)域，最大等效塑性應(yīng)變值為0.011 7，是另外3個(gè)模型中最大等效塑性應(yīng)變的1.9～2.2倍，且遠(yuǎn)大于混凝土的極限壓應(yīng)變，表明框架梁混凝土在這一位置地震作用下將產(chǎn)生較明顯損壞。

由圖9b可見，4個(gè)框架縱筋最大應(yīng)變均出現(xiàn)在梁端和柱底，且縱筋均已達(dá)到屈服，表明4種結(jié)構(gòu)模型的最終損傷模式一致。可見采用4點(diǎn)連接時(shí)，無論是采用柔性連接、耗能連接還是剛性連接，UHPC幕墻板對(duì)框架的損傷模式?jīng)]有明顯影響。此外，模型四中墻板連接節(jié)點(diǎn)附近框架梁內(nèi)的箍筋應(yīng)力較大，表明連接節(jié)點(diǎn)傳遞給框架梁的集中力在框架梁內(nèi)產(chǎn)生了較大的剪力。

3.2"UHPC墻板和連接節(jié)點(diǎn)損傷分析

UHPC墻板造價(jià)相比普通預(yù)制混凝土墻板較高。因此，減少或者避免UHPC墻板在水平地震作用下的損傷，對(duì)于降低震后的修復(fù)費(fèi)用有重要意義。

圖10對(duì)比了3種模型中UHPC墻板的主壓應(yīng)變?cè)茍D。由圖可知，UHPC幕墻最大壓應(yīng)變發(fā)生的部位均在連接節(jié)點(diǎn)附近。模型二和模型三中，墻板的最大壓應(yīng)變分別為0.000 138 5和0.002 86，耗能連接節(jié)點(diǎn)處由于摩擦阻尼器出力，使得墻板應(yīng)變較大，但仍小于UHPC墻板的峰值應(yīng)變（0.003 5）。模型四（圖10c）中，當(dāng)位移加載至36 mm時(shí)，墻板的最大壓應(yīng)變已經(jīng)達(dá)到了UHPC墻板的峰值應(yīng)變；當(dāng)位移加載至43 mm時(shí)，壓應(yīng)變""""達(dá)到了UHPC墻板的極限應(yīng)變（0.004 5），說明墻板在連接節(jié)點(diǎn)附近出現(xiàn)受壓破壞。可見，柔性連接方式可以有效控制UHPC墻板在水平地震作用下的損傷。合理設(shè)計(jì)的耗能連接方式也可以避免墻板損傷，而剛性連接方式會(huì)造成墻板在地震作用下有較嚴(yán)重的損壞。

連接節(jié)點(diǎn)處的損傷是墻板在地震作用下的安全性的關(guān)鍵，節(jié)點(diǎn)破壞可能導(dǎo)致墻板墜落的震害。圖11分別對(duì)比了在1/50位移角時(shí)采用模型二、模型三和模型四時(shí)，在同一位置處承重連接節(jié)點(diǎn)高強(qiáng)螺栓與角鋼的Mises應(yīng)力云圖。

從圖11a可見，模型二中，螺栓的最大應(yīng)力為87 MPa，遠(yuǎn)小于屈服強(qiáng)度，表明螺栓未發(fā)生破壞。模型三中，由于螺栓預(yù)緊力和摩擦阻尼器出力的影響，其最大應(yīng)力達(dá)到了541 MPa，但仍小于屈服應(yīng)力。模型四中，螺栓全截面應(yīng)力均較大，承重連接節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力為794 MPa，已經(jīng)達(dá)到了屈服應(yīng)力。此外，分析螺栓應(yīng)變可知，模型三中，螺栓的最大應(yīng)變出現(xiàn)在左上角的限位連接節(jié)點(diǎn)處，達(dá)到0.002 48，小于屈服應(yīng)變（0.003）。模型四中，螺栓的最大應(yīng)變出現(xiàn)在同一位置，達(dá)到0.0219，是耗能連接螺栓應(yīng)變和屈服應(yīng)變的8.8倍和7.3倍，表明剛性連接節(jié)點(diǎn)處螺栓已經(jīng)破壞，墻板可能有墜落的風(fēng)險(xiǎn)。

從圖11b可以看出，在模型二和模型三中，承重連接角鋼的最大應(yīng)力分別為48和64 MPa，遠(yuǎn)小于屈服應(yīng)力，表明連接角鋼未發(fā)生破壞。在模型四中，角鋼的最大應(yīng)力為364 MPa，超過了角鋼的屈服應(yīng)力，但相比螺栓，角鋼只有部分位置屈服，說明螺栓是這一連接方式的薄弱部位。

3.3"承載力和剛度分析

圖12對(duì)比了4種模型結(jié)構(gòu)在單調(diào)加載時(shí)的水平荷載-頂點(diǎn)位移曲線。模型二中，墻板與主體結(jié)構(gòu)之間獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，墻板幾乎不參與主體結(jié)構(gòu)受力，因此模型二的水平荷載-頂點(diǎn)位移曲線和剛度與模型一基本一致，承載力比模型一略高。模型三中，由于節(jié)點(diǎn)處摩擦阻尼器出力，對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度和承載力均有一定的提升效果。模型四中，由于墻板和主體結(jié)構(gòu)之間存在強(qiáng)相互作用，結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力有明顯提升，初始剛度以及1/50層間位移角時(shí)的承載力約為柔性連接模型的1.69和1.78倍。可見，剛性連接方式對(duì)于主體結(jié)構(gòu)的影響較大。

4"彈塑性時(shí)程分析

根據(jù)前述研究可知，UHPC幕墻與主體結(jié)構(gòu)間采用剛性連接節(jié)點(diǎn)時(shí)，墻板和主體結(jié)構(gòu)間產(chǎn)生了較強(qiáng)的相互作用，對(duì)框架和節(jié)點(diǎn)均造成了不利的影響。而對(duì)采用柔性和耗能連接方式的RC框架進(jìn)行靜力推覆分析時(shí)，主體結(jié)構(gòu)的損傷情況接近，UHPC幕墻都沒有發(fā)生破壞。同時(shí)，采用柔性連接方式時(shí)，墻板和主體結(jié)構(gòu)相互變形獨(dú)立，墻板對(duì)主體結(jié)構(gòu)的剛度和承載力影響可以忽略，柔性連接模型的抗震性能與純框架模型基本相同，因此本節(jié)僅選取模型二和模型三，對(duì)其進(jìn)行X方向的彈塑性時(shí)程分析，進(jìn)一步研究采用柔性和耗能連接方式時(shí)RC框架的抗震性能。

4.1"地震波選取

首先對(duì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，得到模型二和模型三在X方向的周期分別為0.39和0.41 s，螺栓預(yù)緊力對(duì)于結(jié)構(gòu)周期的影響較小。

按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）要求，選取2條天然地震波（EL Centro波和Taft波）和1條人工地震波作為輸入地震波。天然地震波從美國太平洋地震工程研究中心（PEER）地面運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)庫中選取，按照Ⅷ度（PGA=0.2 g）罕遇地震水準(zhǔn)將輸入地震波的峰值加速度調(diào)整為0.4 g。天然地震波的加速度時(shí)程曲線如圖13a所示，為計(jì)算方便，天然地震波有效持續(xù)時(shí)間僅截取加速度時(shí)程曲線的前20 s，規(guī)范設(shè)計(jì)譜與天然地震動(dòng)反應(yīng)譜對(duì)比如圖13b所示。

4.2"RC框架位移響應(yīng)

圖14對(duì)比了在2條天然地震波和1條人工地震波作用下RC框架的位移響應(yīng)。在EL Centro波、Taft波和人工波作用下模型三的最大頂點(diǎn)位移分別為39.8、34.9和20.0 mm，對(duì)應(yīng)的層間位移角分別為1/70、1/80和1/140。在以上3條地震波作用下，模型二的最大頂點(diǎn)位移分別為52.9、52.0和31.5 mm，對(duì)應(yīng)的層間位移角分別為1/53、1/54和1/89。可見，設(shè)置摩擦阻尼器后，相比模型二，模型三的位移響應(yīng)分別減小了24.8%、32.9%和36.5%，模型三的減震效果顯著，說明摩擦耗能連接裝置可以有效控制主體結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移響應(yīng)。

4.3"RC框架損傷分析

圖15對(duì)比了在2條天然地震波和1條人工地震波作用下RC框架的等效塑性應(yīng)變。在EL Centro波、Taft波和人工波作用下模型三的最大等效塑性應(yīng)變?yōu)?.014 3、0.021 6和0.011 9，而模型二的最大等效塑性應(yīng)變分別為0.033 0、0.043 1和0.024 5，分別是模型三的2.3、2.0和2.1倍。可見，在相同地震波作用下，設(shè)置耗能連接件可以有效耗散地震輸入能量，從而控制RC框架在地震作用下的損傷程度。

5"結(jié)論

本文提出了一種UHPC幕墻板與主體結(jié)構(gòu)間的柔性連接方式和耗能連接方式。利用有限元軟件ABAQUS對(duì)單層單跨含UHPC幕墻的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力推覆分析和彈塑性時(shí)程分析，得到了以下結(jié)論：

（1）純框架模型一、UHPC幕墻與RC框架間采用柔性連接的模型二、UHPC幕墻與RC框架間采用耗能連接的模型三和采用剛性連接的模型四中，RC框架的最終損傷模式一致，均為梁端和柱腳出現(xiàn)塑性鉸。模型一、模型二和模型三的損傷程度差距較小，而模型四中，RC框架損傷嚴(yán)重。

（2）采用柔性連接方式時(shí)，UHPC幕墻和連接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)變均處于較低的范圍，墻板保持完好。采用耗能連接方式時(shí)，UHPC幕墻和連接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)變相比柔性連接較大，但仍處于彈性階段。采用剛性連接方式時(shí)，墻板連接節(jié)點(diǎn)附近的應(yīng)變已經(jīng)超過UHPC的極限應(yīng)變，螺栓的應(yīng)變也遠(yuǎn)超屈服應(yīng)變，表明螺栓已經(jīng)破壞。

（3）由彈塑性時(shí)程分析結(jié)果可知，相比模型二，在3條地震波作用下模型三頂點(diǎn)位移分別減小了24.8%、32.9%和36.5%，減震效果顯著。采用耗能裝置時(shí)，在相同地震波作用下主體結(jié)構(gòu)的損傷程度相比無耗能裝置的柔性連接模型大幅降低。在墻板與結(jié)構(gòu)間設(shè)置摩擦耗能裝置可以有效耗散地震輸入能量，控制主體結(jié)構(gòu)的損傷。

（4）相比柔性連接方式，耗能連接方式不僅可以將墻板和節(jié)點(diǎn)的損傷控制在較低的范圍，還可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在地震作用下的耗能能力，降低結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移響應(yīng)和損傷程度，因此是一種更為合理的連接方式。

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Study on Seismic Performance of Reinforced Concrete Frame Structure with UHPC Cladding Panels Using Different Connection Systems

HE Li1，CHONG Xun2，SHA Huiling2，GAO Jun2，F(xiàn)ENG Hui1，ZHAO Peng1，LI Zhipeng1

（1.Hefei University of Technology Construction Supervision Co.，Ltd.，Hefei 230051，Anhui，China）

（2.College of Civil Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，Anhui，China）

Abstract

To address the impact of different connection systems of the Ultra-High Performance Concrete（UHPC）cladding panels and the main structure on the seismic performance of the overall structure，two novel kinds of flexible and energy-dissipating connections between the UHPC cladding panels and the main structure were proposed in this study.Four single-story，single-span reinforced concrete（RC）frames were designed，including one RC frame with flexibly connected UHPC cladding panels，one RC frame with dissipative connected UHPC cladding panels，one RC frame with rigidly connected UHPC cladding panels，and a counterpart bare frame.Inelastic static analysis and nonlinear time-history analysis of the four structures were conducted using the finite element analysis software ABAQUS，and their mechanical properties and damage modes during earthquakes were compared and investigated.Results from the inelastic static analysis indicated that the ultimate damage modes were consistent for all four structures，and plastic hinges appeared at the ends of the beams and the bottom of the columns.In the rigid connection model，some of the connection bolts were damaged，and severe cracks appeared in the UHPC panels and the frame beam near the connections.In the flexible and energy-dissipating connection models，the connections and UHPC panels remained intact.The results from the nonlinear time-history analysis indicated that the displacement responses of the energy-dissipating connection model under the action of the three ground motions were reduced by 24.8%，32.9%，and 36.5%，respectively，compared to the flexible connection model，and the damage state of the energy-dissipating connection model hit by the strong earthquake was lighter，indicating a significant damage control effect.

Keywords：UHPC cladding panels；flexible connection；energy-dissipating connection；rigid connection；seismic performance

*收稿日期：2023-06-27.

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52178472）；安徽省住房城鄉(xiāng)建設(shè)科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目（2023-YF094）.

第一作者簡介：何"利（1968-），教授級(jí)高工，碩士生導(dǎo)師，博士，主要從事結(jié)構(gòu)工程、工程監(jiān)理研究.

E-mail：heli@hfut.edu.cn.

?通信作者簡介：種"迅（1978-），教授，博士生導(dǎo)師，博士，主要從事結(jié)構(gòu)工程研究.E-mail：chongxun@hfut.edu.cn.