李 斌，陳 歡

（內(nèi)蒙古科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

近年來(lái)隨著建筑產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)裝配式型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)的運(yùn)用越來(lái)越多。其中在裝配式組合結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)是連接梁柱的關(guān)鍵部位，并被大多數(shù)學(xué)者深入研究。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在裝配式組合結(jié)構(gòu)的研究中取得了一定的研究成果，郭小農(nóng)[1]提出一種預(yù)埋式槽鋼新型節(jié)點(diǎn)，通過(guò)螺栓與槽鋼連接，采用ABAQUS 模擬對(duì)其進(jìn)行擬靜力分析。李忠獻(xiàn)等[2]人對(duì)兩組裝配整體式型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行低周反復(fù)試驗(yàn)，得出結(jié)論對(duì)節(jié)點(diǎn)附近的梁翼緣進(jìn)行狗骨形削弱可以將框架節(jié)點(diǎn)的塑性鉸轉(zhuǎn)移到削弱部位。對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)行總結(jié)后得出結(jié)論及建議：目前裝配式結(jié)構(gòu)主要用于底層建筑[3]，用于高層住宅還有一定的技術(shù)障礙和理論基礎(chǔ)，在栓接節(jié)點(diǎn)中難以保證“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的抗震理念[4]。對(duì)以上學(xué)者的觀點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)分析后，本文提出一種栓接裝配式組合結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)其進(jìn)行理論研究和模擬分析，得出其受力特征和規(guī)律。對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)提供一種新的節(jié)點(diǎn)形式，為將來(lái)的實(shí)際工程運(yùn)用提供理論基礎(chǔ)。

1 有限元模型

1.1 模型參數(shù)設(shè)計(jì)

本文以某辦公大樓的中間層邊節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模分析，其中梁、柱選用截鋼材牌號(hào)為Q235 的H 型鋼，柱內(nèi)填充混凝土為C40 混凝土，螺栓采用10.9 級(jí)的M24 的高強(qiáng)螺栓，系桿采用直徑為10 mm 的HRB335 鋼筋[5]。

有限元分析中主要研究連接板厚度和柱截面高度二者分別對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的影響，連接板厚度分別考慮了16 mm、20 mm、24 mm 三種情況，型鋼柱截面高度分別選用了250 mm、300 mm、350 mm 三種情況，本次有限元模擬一共建立6 個(gè)力學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行模擬分析。

本文共建立6 個(gè)有限元模型，其中考慮連接板厚度變化的試件編號(hào)為JD1、JD2、JD3，考慮柱截面高度變化的試件編號(hào)為JD4、JD5、JD6。試件模型設(shè)計(jì)具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 數(shù)值模型參數(shù)

1.2 單元選取和網(wǎng)格劃分

有限元模型中包含梁端板、連接板、型鋼柱、型鋼梁、混凝土、系桿及螺栓，依據(jù)表1 進(jìn)行1∶1 建模，各部件模型如圖1 所示。

圖1 有限元模型

1.3 接觸關(guān)系

ABAQUS 在定義連接板與梁、螺栓之間的接觸關(guān)系時(shí)，將摩擦系數(shù)設(shè)為0.30[6]。

梁端板與H 型鋼梁通過(guò)采用綁定（Tie）約束連接到節(jié)點(diǎn)上，H 型鋼柱與系桿采用Assemble 模塊中的Merger 指令將二者合并為鋼骨架，最后將混凝土通過(guò)Embeded 指令嵌入到鋼骨架內(nèi)部。

1.4 約束和荷載

為了讓模擬更接近實(shí)際試驗(yàn)，在加荷載的位置建立參考點(diǎn)，將參考點(diǎn)與加載面進(jìn)行耦合[7]。

同時(shí)柱的兩端通過(guò)限制x、y、z 三個(gè)方向的位移和轉(zhuǎn)角固定不動(dòng)，梁在加載方向的位移和轉(zhuǎn)角釋放其余方向固定不動(dòng)[8]。

2 數(shù)值分析結(jié)果分析

2.1 連接板厚度的影響

本小節(jié)通過(guò)對(duì)JD1、JD2、JD3 三個(gè)模型進(jìn)行有限元模擬，分析試件中連接板厚度的變化對(duì)裝配式PEC 柱-鋼梁的力學(xué)性能的影響，模擬結(jié)果如圖2、圖3 所示。

圖2 ABAQUS 提取的應(yīng)力云圖

圖3 連接板厚度變化模擬結(jié)果

從模型整體應(yīng)力云圖中可以看出JD1 模型由于連接板厚度只有16 mm，最終導(dǎo)致連接板屈服，而JD2和JD3 由于連接板厚度較厚，模型的最終破壞為梁和柱連接處屈服[9]。

從ABAQUS 中提取各模型的骨架曲線和滯回曲線可知：節(jié)點(diǎn)模型的承載力隨著連接板厚度的增加而增加，不同連接板厚度的模型骨架曲線前期發(fā)展趨勢(shì)較為一致，隨著連接板厚度的增加模型節(jié)點(diǎn)的剛度有所提高。與連接板厚度為12 mm 的承載力比較，JD1、JD2、JD3 模型分別提高了3.22%、5.71%、8.30%，這說(shuō)明繼續(xù)增加連接板厚度可以有效提高節(jié)點(diǎn)承載力。各模型的滯回曲線的飽滿程度隨著連接板厚度的提升而增加，試件的滯回性能得到明顯提升。

2.2 柱高的影響

本小節(jié)在PEC1 試件的基礎(chǔ)上通過(guò)改變柱高建立了3 個(gè)有限元模型JD4、JD5、JD6，并對(duì)其進(jìn)行擬靜力模擬分析模型的力學(xué)性能的影響[10]，并從ABAQUS 中提取出各模型的損傷應(yīng)力云圖、骨架曲線和滯回曲線，如圖4、圖5 所示。

圖4 ABAQUS 提取的應(yīng)力云圖

從圖5 可以看出3 個(gè)模型的骨架曲線趨勢(shì)基本相似，節(jié)點(diǎn)模型的承載力隨著柱高的增加而增加，不同柱高的模型骨架曲線前期發(fā)展趨勢(shì)較為相似，隨著柱高度的增加模型節(jié)點(diǎn)的承載力有所提高。與PEC1試件承載力比較，JD4、JD5、JD6模型分別提高了1.21%、1.73%、12.65%，這說(shuō)明合理增加柱高可以有效提高節(jié)點(diǎn)承載力。各模型的滯回曲線的飽滿程度隨著連接板厚度的提升而增加，試件的滯回性能得到明顯提升。

圖5 柱高變化模擬結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)6 個(gè)裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵部位的模擬應(yīng)力進(jìn)行了深入研究和分析，得出以下結(jié)論：增加連接板厚度可以有效提高節(jié)點(diǎn)承載力，合理增加柱高可以有效提高節(jié)點(diǎn)承載力。兩種變量都可以在不同程度上提高節(jié)點(diǎn)的滯回曲線的飽滿程度，提升試件的滯回性能。在工程中還需考慮結(jié)構(gòu)的成本及尺寸，可作為后期研究的重點(diǎn)內(nèi)容。