裝配式結(jié)構(gòu)體系中混凝土框架結(jié)構(gòu)鋼性連接節(jié)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(fā)展，我國的建筑結(jié)構(gòu)將由現(xiàn)澆式逐步轉(zhuǎn)向裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)。對比于現(xiàn)澆式混凝土建筑結(jié)構(gòu)，裝配式建筑具有施工工期短、施工簡便、環(huán)境污染小、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，同時我國相關(guān)裝配式建筑的技術(shù)與設(shè)計應(yīng)用等已逐步趨向成熟，但是與目前現(xiàn)有現(xiàn)澆式建筑的框架節(jié)點相比仍存在著明顯缺陷，尤其是高烈區(qū)的節(jié)點連接問題需要解決，因此，本文對高烈區(qū)下的裝配式結(jié)構(gòu)體系中混凝土框架鋼性連接節(jié)點進行進行了分析與研究。

關(guān)鍵詞：裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu);鉸接節(jié)點;消能鋼性“L”型板

1? 引言

社會經(jīng)濟的提高推動著建筑行業(yè)的發(fā)展，各類建筑數(shù)量的不斷增多，我國建筑領(lǐng)域也迎來了新的挑戰(zhàn)，目前，我國建筑結(jié)構(gòu)逐漸由現(xiàn)澆式施工轉(zhuǎn)變?yōu)檠b配式施工，為更好的促進裝配式建筑結(jié)構(gòu)的推廣，使得高烈區(qū)下預制裝配式得以廣泛應(yīng)用，分析研究可控性鉸接節(jié)點消能鋼性“L”型板必不可少，這種新型連接節(jié)點大大提高了框架結(jié)構(gòu)整體的變形能力。

2? 裝配式建筑鉸接節(jié)點的特點及優(yōu)勢

現(xiàn)階段建筑工程建設(shè)中混凝土作為一種使用范圍最廣的結(jié)構(gòu)，裝配式應(yīng)用符合建筑產(chǎn)業(yè)綠色環(huán)保、經(jīng)濟效益最大化原則，對于裝配式建筑而言，框架節(jié)點處的拼裝對結(jié)構(gòu)承載的穩(wěn)定性起到了決定性作用，因此，我們更應(yīng)該重視其連接。相較于傳統(tǒng)建筑節(jié)點的連接方式，本文主要研究混凝土框架的鋼性鉸接節(jié)點，采用可控性鉸接節(jié)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(nèi)部鋼性矩形柱而減少對普通混凝土框架區(qū)及支撐柱的損傷，如此提高了框架結(jié)構(gòu)整體的變形能力。

3? 裝配式建筑鉸接節(jié)點的實驗設(shè)計

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

本試驗使用ABAQUS有限元軟件建立模型的方法，利用節(jié)點設(shè)計簡圖來進行對比構(gòu)造設(shè)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(wǎng)格方面，“H”與“L”模型，它們的框架構(gòu)造均統(tǒng)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(wǎng)籠，統(tǒng)一采取“Embed”這種方式嵌入混凝土的受力處來進行計算。而構(gòu)件間所存在的摩擦，均統(tǒng)一采取庫倫摩擦模型，摩擦系數(shù)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(jié)點的實驗分析

在本實驗中，模型內(nèi)部的構(gòu)件包含不同性質(zhì)，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(yīng)用該指標。

在試驗中，往往容易導致應(yīng)力集中，以及加載點均分散在各節(jié)點處，為有效避免這種情況，在對模型進行相應(yīng)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(chǎn)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(zhuǎn)動（在這里其余的x=0、y=0），以此保證模型能夠符合現(xiàn)實的情況。

5? 裝配式建筑鉸接節(jié)點的實驗結(jié)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(jié)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(diào)加載模式不難發(fā)現(xiàn)，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(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，剛度比在0.255～0.327范圍內(nèi)，節(jié)點極限承載力的極限值有約為22%得大幅度的提升，此時節(jié)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(jié)點的位移速度逐漸降低，以此來減少節(jié)點的極限位移，導致位移距離明顯縮短。

6? 結(jié)束語

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

參考文獻：

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