楊帆 王鑫 杜長(zhǎng)虹

摘 要：通過(guò)擬靜力試驗(yàn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)農(nóng)村住宅的梁柱節(jié)點(diǎn)具有一定的承載能力、較好的延性以及很好的耗能性能。

關(guān)鍵詞：裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)；抗震性能；耗能性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.091

1 引言

在我國(guó)近幾年的地震中，農(nóng)村住宅破壞比較嚴(yán)重，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了巨大的損失。鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好，節(jié)能環(huán)保，易于模塊化，受到了人們的推崇。裝配式鋼結(jié)構(gòu)易于拆裝，工業(yè)化生產(chǎn)，裝配化施工，是現(xiàn)階段我國(guó)重點(diǎn)推行的綠色建筑。張愛(ài)林等在《工業(yè)化裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)新體系關(guān)鍵問(wèn)題研究和展望》[1]中研發(fā)了工業(yè)化裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)多種新體系以及新節(jié)點(diǎn)和新構(gòu)造。孫曉陽(yáng)等在《某預(yù)制全裝配式框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)抗震性能有限元分析》[2]中結(jié)合國(guó)內(nèi)首個(gè)預(yù)制全裝配式公建項(xiàng)目，選取典型框架處3種具有代表性的關(guān)鍵空間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)抗震性能分析。郝際平等在《綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系研究與應(yīng)用》[3]中總結(jié)了傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)形式為基礎(chǔ)的改進(jìn)型建筑體系，模塊化新型建筑體系和工業(yè)化住宅建筑體系研究與應(yīng)用。

本文根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)出適于西北農(nóng)村鋼結(jié)構(gòu)住宅的裝配式節(jié)點(diǎn)，并設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證此節(jié)點(diǎn)滿(mǎn)足承載能力和抗震性能。

2 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及設(shè)計(jì)

2.1 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

適于農(nóng)村鋼結(jié)構(gòu)住宅的裝配式節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖1所示?？蚣苤鶠镠型鋼，框架梁為寬翼緣H型鋼，采用角鋼連接柱和梁，其中角鋼與柱連接部分采用焊接，與梁連接部分采用普通螺栓接。柱與角鋼連接在工廠(chǎng)預(yù)制好，與梁連接部分在現(xiàn)場(chǎng)安裝，實(shí)現(xiàn)施工方便。其中焊縫尺寸和螺栓間距、布置均符合鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的要求。

2.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

根據(jù)裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求，梁和柱選擇Q345鋼，焊縫采用E43型，螺栓采用直徑為20mm的普通螺栓。框架柱選擇H300×300×10×15，梁選擇H250×250×9×14，角鋼選擇200×125×12，焊腳尺寸8mm，螺栓邊距40mm，螺栓中心間距，60mm。

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)首先在試件柱頂端施加恒定軸向力500KN、700KN、900KN，柱底端放置球鉸。然后在兩側(cè)懸臂梁端施加豎向反對(duì)稱(chēng)荷載，來(lái)模擬地震荷載，加載示意圖圖2。加載荷載，試件處于彈性階段，設(shè)計(jì)荷載之前分兩級(jí)，達(dá)到設(shè)計(jì)荷載之后，荷載加載步數(shù)變小，每次加載10KN，每級(jí)循環(huán)兩次。試件進(jìn)入塑性屈服階段后，改為位移控制加載，以屈服位移的倍數(shù)為位移增量步長(zhǎng)，逐級(jí)進(jìn)行循環(huán)加載，每級(jí)循環(huán)2次，加載至破壞，試驗(yàn)結(jié)束。

為了獲得節(jié)點(diǎn)在試驗(yàn)過(guò)程中的變化，在節(jié)點(diǎn)上布置了許多的傳感器。傳感器布置在節(jié)點(diǎn)端部梁的上翼緣、下翼緣和腹板，柱與梁連接上、下翼緣處。在梁、柱翼緣之間設(shè)置斜向位移計(jì)，來(lái)測(cè)量梁柱的相對(duì)轉(zhuǎn)角。

4 試驗(yàn)現(xiàn)象

觀察試驗(yàn)中節(jié)點(diǎn)處應(yīng)變的變化，當(dāng)多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)變達(dá)到屈服應(yīng)變1.5×10-3時(shí)，認(rèn)為對(duì)應(yīng)時(shí)刻位移計(jì)的讀數(shù)即為節(jié)點(diǎn)的屈服位移。經(jīng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試件柱頂端施加恒定軸向力500KN、700KN、900KN，節(jié)點(diǎn)的屈服位移分別為△1=7.26mm、△2=6.51mm、△3=5.66mm。

觀察試驗(yàn)中節(jié)點(diǎn)處應(yīng)變變化，加載初期節(jié)點(diǎn)處于彈性階段，卸載后幾乎沒(méi)有殘余變形，節(jié)點(diǎn)呈彈性性質(zhì)。當(dāng)繼續(xù)加載位移計(jì)數(shù)為約為2倍屈服位移時(shí)，節(jié)點(diǎn)處I字型梁上翼緣出現(xiàn)細(xì)微縫隙；當(dāng)加載至位移計(jì)數(shù)約4倍屈服位移時(shí)，試件翼緣與柱翼緣相交處的間隙增加，間隙寬度約為 1.7 mm，可以明顯看到空隙；當(dāng)加載至位移計(jì)數(shù)約5倍屈服位移時(shí)，梁上翼緣被拉離柱翼緣達(dá)4.1 mm；繼續(xù)加大荷載，試件變形繼續(xù)加大，最大縫隙寬度達(dá)9 mm，繼續(xù)加大荷載，變形過(guò)大，試驗(yàn)停止。

5 結(jié)果分析

5.1 荷載-位移曲線(xiàn)

依據(jù)位移計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)，繪制了節(jié)點(diǎn)在反復(fù)荷載作用下力與位移計(jì)讀數(shù)關(guān)系的荷載-位移曲線(xiàn)，即滯回曲線(xiàn)，如圖3。由圖可知：滯回曲線(xiàn)穩(wěn)定飽滿(mǎn)，說(shuō)明該節(jié)點(diǎn)耗能能力良好。加載初期耗能大；隨著荷載的增加，位移達(dá)到屈服位移，耗能變??；荷載繼續(xù)增加耗能又變大。這說(shuō)明節(jié)點(diǎn)剛進(jìn)入塑性時(shí)，局部發(fā)生較大變形，耗能減小，荷載繼續(xù)增加，節(jié)點(diǎn)各部分均進(jìn)入塑性，耗能增強(qiáng)。

5.2 延性

結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或截面的延性是指從屈服到破壞的變形能力。延性是反映結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或截面抗震能力的一個(gè)重要指標(biāo)。延性越好，抗震能力越強(qiáng)。延性通常用延性系數(shù)來(lái)表達(dá)的。取位移延性系數(shù)為屈服位移值，為極限位移值。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到，柱頂軸向力分別為500KN、700KN、900KN時(shí)，位移延性系數(shù)分別為15.3、13.2、11.5。不同軸力作用下節(jié)點(diǎn)的延性系數(shù)均大于10，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)有很好的延性。同時(shí)隨著軸壓比的增加，節(jié)點(diǎn)的延性降低。

6 結(jié)論

（1）通過(guò)試驗(yàn)得出此裝配式鋼節(jié)點(diǎn)，在梁端反復(fù)荷載作用下具有較高的承載力和良好的延性，耗能能力較好。

（2）隨著軸壓比增加，節(jié)點(diǎn)的延性降低，耗能能力降低。

（3）通過(guò)對(duì)試驗(yàn)測(cè)得應(yīng)變值分析發(fā)現(xiàn)：加載過(guò)程中節(jié)點(diǎn)的翼緣與腹板交界處應(yīng)變最大，該處最先形成裂縫。節(jié)點(diǎn)域在破壞前發(fā)生了屈服。

參考文獻(xiàn)：

[1]張愛(ài)林.工業(yè)化裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)新體系關(guān)鍵研究和展望[J].北京建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，32（03）：21-28.

[2]孫曉陽(yáng).某預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)抗震性能有限元分析[J].施工技術(shù)，2012，41（376）：11-15.

[3]郝際平.綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系研究與應(yīng)用[J].工程力學(xué)，2017，34（01）：1-13.

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作者簡(jiǎn)介：楊帆（1969-），男，甘肅人，學(xué)士，講師，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。