梁柱干法連接節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能研究綜述

賀海龍

(中民筑友建設(shè)科技集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

0 前 言

裝配式鋼結(jié)構(gòu)近年來已經(jīng)成為我國(guó)建筑發(fā)展的新趨勢(shì),其具有綠色環(huán)保、可循環(huán)利用等優(yōu)勢(shì),能夠最大限度地節(jié)約能源和降低污染[1]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)做了大量的研究工作，并開發(fā)了多種連接形式。但是節(jié)點(diǎn)抗震性能較差，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的應(yīng)用受到限制，因此，我國(guó)迫切需要展開對(duì)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的系統(tǒng)研究。為此，本文綜合研究者們對(duì)裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的研究，為以后這類研究做綜述和建議。

1 傳統(tǒng)裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)形式

1.1 牛腿連接的裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)

在裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)中，由于牛腿的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、傳力明顯、受力可靠、施工便捷，因此被廣泛應(yīng)用。鋼筋混凝土柱牛腿連接分為明牛腿(見圖1)和暗牛腿(見圖2)。明牛腿節(jié)點(diǎn)占用面積大，且外觀性較差，一般不用于民用住宅中，而多用于工業(yè)廠房建設(shè)；暗牛腿雖然不影響占用面積和美觀，但設(shè)計(jì)上仍存在較多不足[2]。

圖1 鋼筋混凝土明牛腿圖

圖2 鋼筋混凝土暗牛腿

束繼華等[3]于1980和1981年進(jìn)行了兩次對(duì)框架梁柱明牛腿剛性節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)試驗(yàn)，分析了這種節(jié)點(diǎn)的受力性能，證明該節(jié)點(diǎn)具有較大的承載力和較好的延性。黃祥海等[4]于2007年對(duì)應(yīng)用拉壓桿模型方法和剪力摩擦理論對(duì)暗牛腿進(jìn)行分析，推導(dǎo)出其承載力公式，通過有限元模擬對(duì)承載力公式進(jìn)行了驗(yàn)證，提出了設(shè)計(jì)方法可行性。張力濱等[5]在2018年提出一種新型裝配式框架連接節(jié)點(diǎn),通過有限元分析軟件對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)整體受力性能分析,試驗(yàn)結(jié)果表明,利用新型干式企口連接節(jié)點(diǎn)，鋼筋混凝土暗牛腿缺口梁干式節(jié)點(diǎn)能夠滿足承載力且性能優(yōu)異。

上述研究證明了牛腿節(jié)點(diǎn)的承載力優(yōu)異，但暗牛腿的承載能力比明牛腿的差，且結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，不利于施工。

1.2 焊接連接的裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)

焊接作為一種常用的梁柱節(jié)點(diǎn)連接方式，在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。采用該種連接方式的節(jié)點(diǎn)(見圖3)可以縮短工期，避免現(xiàn)場(chǎng)澆筑，節(jié)約造價(jià)成本，但需要現(xiàn)場(chǎng)焊接，要求擁有較高的焊接技術(shù)[6]。

圖3 焊接連接的裝配式節(jié)點(diǎn)

通過大量震害調(diào)查以及對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能的大量研究實(shí)驗(yàn)后，學(xué)者們不斷提出新的改進(jìn)方案。韋灼彬[7]在2007年對(duì)鋼框架梁柱焊接節(jié)點(diǎn)的扇形切角結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能試驗(yàn)，通過三種結(jié)構(gòu)形式的對(duì)比，指出改進(jìn)扇形切角構(gòu)造是一種有效措施。劉占科等[8]對(duì)梁端翼緣腋形擴(kuò)大式剛性梁柱連接進(jìn)行了試驗(yàn)研究，該種方法同樣能改善梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能。但是上述兩種方法施工復(fù)雜，造價(jià)成本高。因此，學(xué)者們繼續(xù)研究更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的連接方式。

1.3 螺栓連接的裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)

螺栓作為施工中常見的一種連接方式，具有耗能能力強(qiáng)、延性性能好、屈服點(diǎn)低等特點(diǎn)。通過螺栓連接將梁柱連接形成整體節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)可循環(huán)利用。

毛煒烽等[10]提出了一種螺栓端板連接的組合節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)為鋼梁-鋼筋混凝土柱連接節(jié)點(diǎn)，通過對(duì)兩組足尺試件進(jìn)行了模擬地震加載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明影響抗震性能的主要因素為高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力和端板的厚度。但是該試驗(yàn)試件是按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)的,而沒有考慮安全系數(shù)，具有一定的安全隱患。高向玲等[11]采用一種簡(jiǎn)化的裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)的數(shù)值模擬方法，對(duì)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)、螺栓連接節(jié)點(diǎn)、套筒連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，結(jié)果表明：螺栓連接節(jié)點(diǎn)的滯回環(huán)更加飽滿，極限承載力和耗能能力更好。劉學(xué)春等[12]對(duì)3個(gè)不同參數(shù)螺栓連接的多高層鋼結(jié)構(gòu)裝配節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行試驗(yàn)和研究，證明可以通過調(diào)整蓋板螺栓數(shù)量和規(guī)格來改善減少螺栓的滑移。

上述研究證明了螺栓連接節(jié)點(diǎn)的可靠性，并提出了幾種改善螺栓滑移，增強(qiáng)抗震性能的方法，但是均未考慮螺栓在滑移后節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能。

2 其他裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)形式

2.1 企口連接的裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)

企口梁在裝配式結(jié)構(gòu)中是重要的承重構(gòu)件，企口連接的梁柱節(jié)點(diǎn)形式在國(guó)外如歐美等國(guó)家已應(yīng)用相當(dāng)廣泛，并制定了相關(guān)規(guī)范，而國(guó)內(nèi)起步較晚，研究較少。

馮健等[13]對(duì)12個(gè)鋼筋混凝土平、斜企口梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究，提出了相應(yīng)的的設(shè)計(jì)方法與構(gòu)造要求，但并沒有對(duì)焊接后的企口梁節(jié)點(diǎn)受力性能進(jìn)行研究。黃祥海等[14]在馮健等[13]的基礎(chǔ)上，對(duì)兩個(gè)平企口試件進(jìn)行理論計(jì)算和有限元分析,并且將理論值和試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)缺口梁的承載力公式進(jìn)行了驗(yàn)證。同樣，朱筱俊等[15]通過研究剛性企口連接斜企口梁的受力性能，推導(dǎo)出相應(yīng)的極限承載力公式并進(jìn)行了驗(yàn)證。但兩者的研究對(duì)象仍是單側(cè)企口，未對(duì)干式企口梁的整體受力性能進(jìn)行探究[16]。而吳必華等[16]采用了對(duì)干式企口梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了對(duì)比計(jì)算，并對(duì)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了分析，提出了較好的建議。

2.2 套筒灌漿連接的裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)

套筒灌漿連接是由專門加工的套筒、配套灌漿料和鋼筋組裝的組合體，在連接鋼筋時(shí)通過注入快硬無收縮灌漿料，依靠材料之間的粘結(jié)咬合作用連接鋼筋與套筒[17]。套筒灌漿連接作為一種新型裝配式連接技術(shù)，具有性能良好，施工便捷的特點(diǎn)。

張興虎等[18]設(shè)計(jì)了2個(gè)套筒漿錨連接高強(qiáng)箍筋約束混凝土柱和2個(gè)現(xiàn)澆普通箍筋柱對(duì)比，通過低周反復(fù)加載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：套筒漿錨連接柱具有和現(xiàn)澆普通箍筋柱相當(dāng)甚至更優(yōu)越的工作能力。李銳等[19]通過對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)6個(gè)配置500 MPa鋼筋套筒灌漿連接預(yù)制混凝土柱和2個(gè)預(yù)制混凝土柱進(jìn)行抗震性能研究試驗(yàn)，研究了預(yù)制柱的破壞形態(tài)、滯回曲線、骨架曲線、位移延性、耗能能力、極限承載力等抗震性能的影響。同樣，趙勇等[17]在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)600 mm×600 mm的大直徑鋼筋套筒灌漿連接預(yù)制柱進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗(yàn)，研究了預(yù)制柱多方面對(duì)抗震性能的影響。但兩者均未對(duì)預(yù)制柱的軸壓比進(jìn)行詳細(xì)的研究。

3 結(jié) 論

本文對(duì)新型裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能試驗(yàn)研究進(jìn)行綜述，結(jié)果表明，在裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能方面，國(guó)內(nèi)外開展了大量的工作并取得了一系列成果，但研究者們?cè)谶@方面的研究還不是很完善，研究方向還不是很全面。由于工程需求的不斷提高，故認(rèn)為在以下方面更應(yīng)持續(xù)深入。

1)目前在裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能研究中大部分都是對(duì)傳統(tǒng)的連接方式進(jìn)行研究，而對(duì)新型連接節(jié)點(diǎn)的研究較少，且研究?jī)?nèi)容不是很全面，建議國(guó)內(nèi)多開展對(duì)于新型連接節(jié)點(diǎn)的研究。

2)通過這些研究，可以得出螺栓連接節(jié)點(diǎn)在梁柱節(jié)點(diǎn)中的力學(xué)性能相對(duì)較好，本文介紹的螺栓連接節(jié)點(diǎn)通過蓋板與梁翼緣接觸面滑移耗能,增大了試件的延性和轉(zhuǎn)動(dòng)能力。雖然耗能曲線不如剛性連接節(jié)點(diǎn)的飽滿,但是在耗能過程中,梁柱沒有局部的屈曲變形,耗能結(jié)束后只需更換部分彎曲的螺栓,節(jié)點(diǎn)仍然可以繼續(xù)工作,節(jié)約了維修成本。

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