復合承載型自復位梁柱節(jié)點有限元研究*

張愛林 郭 康 周寶儒 楊忠?guī)?姜子欽,2

(1.北京工業(yè)大學建筑工程學院, 北京 100124； 2.北京工業(yè)大學北京市高層和大跨度預應力鋼結(jié)構工程技術研究中心, 北京 100124； 3.北京建筑大學北京未來城市設計高精尖創(chuàng)新中心, 北京 100044)

2011年8月,住建部正式公布的《建筑業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》增大了鋼結(jié)構的發(fā)展比例，從戰(zhàn)略鋼材儲備的角度考慮，出臺了大力推廣鋼結(jié)構建筑的扶持政策，把超高層鋼結(jié)構工程和住宅結(jié)構工程關鍵技術作為基礎研究課題，為開展鋼結(jié)構住宅產(chǎn)業(yè)化研究提供依據(jù)，可見，發(fā)展鋼結(jié)構是我國建筑發(fā)展的大趨勢[1]。中共中央國務院在2016年2月發(fā)布的《關于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》中指出要大力推廣裝配式建筑。裝配式鋼結(jié)構綜合了鋼結(jié)構和裝配式結(jié)構兩者的優(yōu)勢，既有鋼結(jié)構輕質(zhì)、耐震、建筑空間布置靈活等優(yōu)點，同時又突出了裝配式結(jié)構能夠有效縮短設計周期，采用預制構件現(xiàn)場拼裝，施工效率和綜合經(jīng)濟效益高的特點，具有廣闊的發(fā)展前景[2]。我國位于太平洋地震帶與歐亞大陸地震帶的交匯處，地震頻繁，故建筑結(jié)構的耐震尤為重要，在裝配式鋼結(jié)構中梁柱節(jié)點是結(jié)構的主要破壞位置，故梁柱節(jié)點的研究是重中之重，也是本文研究的重點內(nèi)容。

鋼結(jié)構梁柱焊接節(jié)點在地震過程中會出現(xiàn)大量的脆性破壞，因此，改進型梁柱連接節(jié)點成為了世界各國鋼結(jié)構研究領域的熱點。試驗和理論研究表明：這些改進型節(jié)點能達到強震時塑性鉸外移的目的，避免了節(jié)點過早出現(xiàn)裂縫而發(fā)生脆性破壞，但在強震過后，運用這些節(jié)點的鋼框架都會產(chǎn)生較大的殘余變形，結(jié)構和構件塑性變形較大，震后難以恢復正常的使用功能，以至于難以修復或修復成本過大。如在1994年的美國北嶺地震[3]和1995年日本的阪神地震中建筑結(jié)構產(chǎn)生了大量難以恢復的殘余變形[4-5]，因此，需要加強對震后可修復功能節(jié)點的研究。Garlock最早進行震后可恢復功能鋼框架研究[6]。Ricles等提出的采用后張式預應力鋼索的裝配式自復位梁柱節(jié)點在地震作用下具有良好的彈性剛度、強度和延性，在循環(huán)荷載作用下，具有良好的耗能性能[7-8]；通過計算機軟件DRAIN-2DX對梁柱節(jié)點進行模擬分析，對8組預應力節(jié)點進行試驗研究，證實結(jié)構的自復位能力可以實現(xiàn)。呂西林等在國內(nèi)外研究的基礎上，提出了一種新的抗震設計概念——可恢復功能結(jié)構，并介紹了可恢復功能結(jié)構的研究情況[9-10]。惠寬堂等提出一種頂?shù)捉卿撟詮臀还?jié)點，并給出其M-θr關系的實用計算方法，可用于梁柱節(jié)點的性能研究[11]。張愛林團隊設計了多種預應力節(jié)點，并通過試驗和數(shù)值模擬的方法驗證了節(jié)點的震后可恢復性[12-15]。Kim等將螺栓摩擦耗能應用到框架梁柱節(jié)點，當結(jié)構經(jīng)歷橫向變形時消散地震輸入能量，得到了很好的效果[16]。張愛林團隊對帶狗骨削弱蓋板的梁柱節(jié)點進行理論分析和有限元模擬以及試驗研究，得出該類節(jié)點具有良好的承載能力和耗能能力的結(jié)論[17-18]。

通過對前人研究成果的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)目前對帶狗骨削弱蓋板的梁柱節(jié)點與預應力拉索相互組合的自復位結(jié)構研究相對匱乏，關于狗骨削弱蓋板厚度和預應力拉索初始索力對結(jié)構自復位能力的影響研究不充分。出于當今社會對于可恢復功能結(jié)構的迫切需求，本文提出了一種復合承載型自復位梁柱節(jié)點。該節(jié)點通過加強節(jié)點域、設置狗骨削弱翼緣蓋板實現(xiàn)了強震時塑性鉸外移，通過設置預應力拉索減小了節(jié)點強震后的殘余變形，使結(jié)構具有自復位功能。本文旨在研究狗骨削弱翼緣蓋板厚度和預應力拉索初始索力對結(jié)構可恢復性能的影響，通過對狗骨削弱翼緣蓋板的厚度和預應力拉索初始索力的合理設計，使節(jié)點具有較好的自復位效果，且震后通過更換翼緣蓋板，即可達到結(jié)構震后修復的目的。

1 節(jié)點構造

圖1a為本文提出的一種復合承載型自復位梁柱節(jié)點，主要由帶懸臂梁段的圓鋼管柱、結(jié)構梁段(包括加強梁段和普通梁段)、預應力拉索、狗骨削弱翼緣蓋板、腹板拼接板和高強螺栓群組成。結(jié)構梁段設計為變截面梁段，包括加強梁段和普通梁段，兩者通過焊接連接，預應力拉索兩兩對稱分布在腹板兩側(cè)。因為懸臂梁段與結(jié)構梁段之間沒有縫隙，地震過程中兩者直接擠壓接觸，發(fā)生較大的擠壓應力，為防止主體結(jié)構發(fā)生較大的塑性變形，對結(jié)構梁段進行加強，以達到保護主體結(jié)構的目的。該節(jié)點通過設置預應力拉索實現(xiàn)自復位功能，通過設置狗骨削弱翼緣蓋板提高構件的耗能能力，降低拉索預拉力，保證拉索在地震作用下具有較高的安全系數(shù)，同時降低了主體結(jié)構的塑性損傷程度。震后節(jié)點只需更換狗骨削弱翼緣蓋板等連接件即可使結(jié)構恢復正常使用功能。圖1b為所研究梁柱節(jié)點拆分圖，預應力拉索通過索肋和錨具固定，狗骨削弱蓋板或腹板拼接板通過高強螺栓群固定在翼緣或腹板相應位置，節(jié)點受地震作用時，與無翼緣狗骨削弱蓋板相比，一側(cè)狗骨削弱蓋板受到拉伸，使結(jié)構的承載能力、耗能能力顯著增強，同時在保證結(jié)構承載力的前提下，可以有效降低預應力拉索索力的大小。預應力拉索為高強預應力鋼絞線，在地震作用下為結(jié)構提供恢復力。

a—節(jié)點整體拼裝; b—節(jié)點拆分。圖1 復合承載型自復位梁柱節(jié)點Fig.1 Composite load-bearing self-resetting beam-column joints

2 有限元模型

2.1 模型設計

本文采用ABAQUS有限元分析軟件，共設計了5個節(jié)點算例精細化模型，各算例的圓鋼管柱分為上、中、下三段，上柱及下柱均采用φ299×14的圓鋼管，中柱采用φ299×16的圓鋼管，圓鋼管柱總長度3 000 mm；加強梁段的截面尺寸采用H324×200×12×24的H型鋼，長度為455 mm，普通梁段采用H300×200×6×12的H型鋼，長度為1 005 mm；懸臂梁段長度即懸臂梁段端部至柱中心的距離為650 mm，為確保懸臂梁段處于彈性狀態(tài)，對懸臂梁段進行了加強，采用H324×200×12×24的H型鋼，其余尺寸如圖2所示。節(jié)點所有螺栓均采用10.9級M22高強摩擦型螺栓，蓋板尺寸和螺栓孔位置及尺寸如圖3所示。預應力拉索設計采用公稱直徑為21.8 mm的預應力鋼絞線，抗拉強度為1 860 MPa，極限破斷力大小為582 kN，索肋連接板厚度20 mm。翼緣連接蓋板鋼材牌號為Q235B，其余板件鋼材牌號均為Q345B。模型拉索預拉力值、其他相關尺寸參數(shù)及板件材質(zhì)詳見表1。

圖2 節(jié)點整體裝配構造 mmFig.2 A assembly structure of joints

圖3 狗骨削弱蓋板尺寸示意 mmFig.3 A diagram of dog-bone weakened cover plates

表1 模型主要參數(shù)Table 1 Main parameters of models

tcov,f為翼緣蓋板厚度;Tf為預應力拉索初始索力。

2.2 材料本構關系及網(wǎng)格劃分

本文中對節(jié)點模擬所用的鋼材本構模型為理想雙折線彈塑性模型，采用了Mises屈服準則和流動相關性法則，強化段的斜率是彈性模量的0.02倍，各構件材料屬性如表2。

表2 材料屬性Table 2 Material properties

節(jié)點有限元網(wǎng)格劃分中，除預應力拉索采用T32D單元進行劃分外，其余所有構件均采用C3D8R實體單元進行網(wǎng)格劃分。圖4為網(wǎng)格劃分的具體形式。

圖4 有限元網(wǎng)格劃分Fig.4 The mesh diagram of the finite element method

2.3 接觸關系及加載條件設置

考慮節(jié)點的實際邊界條件，在本模型中，圓鋼管柱的柱底、柱頂按鉸接模擬，即限制所有平動位移并釋放所有轉(zhuǎn)動位移；結(jié)構梁段中加強段和普通段的接觸面，采用Tie連接；考慮到構件的實際接觸關系，在本模型中，除懸臂梁段與結(jié)構梁段的接觸面、高強螺栓螺桿與各板件接觸面為硬接觸外，其余各板件之間、高強螺栓螺帽與各板件之間的接觸面均為摩擦接觸，摩擦系數(shù)設置為0.45?？紤]到節(jié)點的真實受力情況，在圓鋼管柱的柱頂施加對應0.3軸壓比的軸向壓力；考慮到節(jié)點的實際變形，通過設置側(cè)向約束限制了梁的側(cè)向位移。連接各板件的螺栓為10.9級M22高強螺栓，所施加的螺栓預緊力為190 kN，表1給出了預應力拉索索力初始值Tf。在結(jié)構梁段梁端施加沿柱軸線方向的豎向位移荷載，通過位移控制并按低周反復加載制度S1[19]與低周疲勞加載制度S2[20]進行加載，加載制度S1、S2如圖5所示，節(jié)點模型SPSJ-1、SPSJ-2和SPSJ-4先按加載制度S1進行加載，加載結(jié)束后將結(jié)構恢復到原位，再按加載制度S2進行疲勞加載；節(jié)點模型SPSJ-3、SPSJ-5只按加載制度S1進行加載。

a—加載制度S1; b—加載制度S2。圖5 加載制度Fig.5 Procedures of loading

3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

3.1 荷載-位移曲線

節(jié)點模型SPSJ-1～SPSJ-5的梁端荷載-位移曲線如圖6a～c所示，荷載-位移曲線指標詳見表3。由圖6a給出的SPSJ-1、SPSJ-3、SPSJ-5三個具有不同狗骨削弱蓋板厚度和拉索預應力的節(jié)點模型荷載-位移曲線對比可知：節(jié)點模型SPSJ-1、SPSJ-3、SPSJ-5具有相同屈服荷載，SPSJ-3的最大承載力和荷載-位移曲線包絡面積均大于SPSJ-5的，即SPSJ-3的耗能能力優(yōu)于SPSJ-5的。上述現(xiàn)象表明，使用較薄的翼緣連接蓋板能夠在保證節(jié)點承載力的情況下，降低拉索預應力的大小，使預應力拉索保持在一個更為安全的彈性范圍之內(nèi)；翼緣連接蓋板的存在可以提高節(jié)點在地震作用下的抗震能力和耗能能力。由圖6a可知：節(jié)點模型SPSJ-1的最大承載能力以及荷載-位移曲線包絡面積均大于SPSJ-3的，即在節(jié)點模型初始索力減小23%的情況下，僅增加2 mm的翼緣蓋板厚度，仍可以提高節(jié)點模型的極限承載力。上述現(xiàn)象表明，改變翼緣蓋板的厚度相對于改變預應力拉索拉力對節(jié)點模型承載力以及耗能能力的影響更為顯著。荷載-位移曲線與橫軸的交點表示模型的殘余位移，殘余位移可作為節(jié)點自復位能力的評判指標，與節(jié)點自復位能力呈負相關。由圖6a可知：節(jié)點模型SPSJ-5的殘余位移最大，其原因是較大的初始索力使得結(jié)構梁段在加載后期承擔了較大的附加彎矩，產(chǎn)生了更大的塑性變形，對拉索形式自復位功能產(chǎn)生了更大的阻礙，故節(jié)點模型在加載結(jié)束后出現(xiàn)了較大的殘余位移。

圖6b給出了SPSJ-3和SPSJ-4兩個具有不同狗骨削弱蓋板厚度、相同預應力拉索初始索力的節(jié)點模型荷載-位移曲線對比?？芍汗?jié)點模型SPSJ-4的屈服荷載、初始剛度、極限荷載、曲線包絡面積和殘余位移均大于SPSJ-3的。上述現(xiàn)象表明，隨著翼緣蓋板厚度的增加，節(jié)點模型的承載能力和耗能能力增強，同時節(jié)點模型的殘余變形也會增加，但殘余變形幅值較小，說明兩組節(jié)點模型均具有良好的自復位能力與震后修復能力。因此，在初始索力相同的情況下，增加狗骨削弱翼緣蓋板的厚度，可以提高節(jié)點模型的承載能力和耗能能力，但狗骨削弱翼緣蓋板的厚度不宜過大，由于蓋板自身的殘余變形會對節(jié)點實現(xiàn)自復位功能造成阻礙，過大的蓋板厚度會給節(jié)點帶來明顯的殘余變形。

圖6c給出了SPSJ-2和SPSJ-4兩組具有相同狗骨削弱蓋板厚度、不同預應力拉索初始索力的節(jié)點模型荷載-位移曲線對比?？芍涸陬A應力增大29%的情況下，節(jié)點模型SPSJ-4的屈服荷載和極限荷載略大于節(jié)點模型SPSJ-2的，并且節(jié)點模型SPSJ-2的包絡面積略小于SPSJ-4的。上述對比結(jié)果說明,提高拉索的初始索力可以提高節(jié)點的屈服荷載、極限荷載以及耗能能力，其原理在于隨著索力的增大，懸臂梁段和結(jié)構梁段接觸面產(chǎn)生開口所需要的梁端荷載增大，從而提高了節(jié)點的承載能力與耗能能力。

圖6d為節(jié)點模型SPSJ-1、SPSJ-2、SPSJ-4所對應的S2疲勞加載下的荷載-位移曲線?？芍汗?jié)點模型SPSJ-1、SPSJ-2、SPSJ-4的屈服荷載、極限位移荷載、荷載曲線包絡面積三項指標均呈上升趨勢，說明前述推論“翼緣蓋板加厚、初始索力增大可以提高節(jié)點的承載能力與耗能能力”在疲勞荷載的作用下同樣正確。同時從圖6d還可以看出：三個節(jié)點模型都具有較小的殘余位移，說明這種節(jié)點形式的自復位功能不會在疲勞荷載作用下衰退。從這三個節(jié)點模型的荷載-位移曲線可以看出其模型疲勞性能的共同特征在于：一次疲勞加載包含30個加載周期，各加載周期所對應的環(huán)狀曲線之間約束性良好，使得集合而成的梁端荷載-位移曲線所形成的環(huán)十分清晰。以上共同特征說明三個節(jié)點模型在疲勞荷載作用下均具有良好的穩(wěn)定性，承載能力和耗能能力都未出現(xiàn)明顯下降。由此可得，該節(jié)點形式在疲勞荷載作用下完全能夠達到設計預期，具有良好的疲勞性能。

a— SPSJ-1、3、5; b—SPSJ-3、4; c—SPSJ-2、4; d—SPSJ-1、2、4-S2。節(jié)點模型中S2表示節(jié)點模型按加載制度S2加載。圖6 荷載-位移曲線Fig.6 Load-displacement curves

表3 荷載-位移曲線指標比較Table 3 Comparisons of indexes for loaddisplacement curves

通過以上各個節(jié)點模型的荷載-位移曲線的對比分析可得出，本文研究的預應力拉索配合狗骨削弱蓋板的構造形式，具有良好的自復位能力，無論在承載能力、耗能能力，還是保護主體結(jié)構、降低塑性損傷方面均有明顯且良好的效果。

3.2 索力變化曲線

因預應力拉索兩兩對稱分布在腹板兩側(cè)，本文選取了圖1b中的一根預應力拉索LS1作為研究對象來分析索力的變化情況。圖7給出了拉索應力與梁端加載位移的關系曲線，可以看出：大部分模型的預應力拉索LS1的索力在加載位移零點處的索力值高度集中，即拉索總能在節(jié)點轉(zhuǎn)角回歸初始值時回到初始狀態(tài)，說明節(jié)點試驗過程中的預應力拉索處于彈性狀態(tài)范圍內(nèi)，拉索始終具備完好的功能。所有的索力變化曲線都呈現(xiàn)出了明顯的環(huán)狀部分，這表示在節(jié)點卸載的過程中，拉索錨固端的運動路徑與加載過程中的并未重合，即索力的變化趨勢在加載與卸載過程中并不是互逆的。這是由于荷載發(fā)生變化時，材料的彈性變形總發(fā)生在塑性變形之前，即加載時梁的變形順序為“彈性—塑性”，卸載時梁的變形順序仍為“彈性—塑性”，而非“塑性—彈性”，無法與加載時的變形過程形成互逆關系。圖7a給出了節(jié)點模型SPSJ-1、SPSJ-3和SJSP-5中索LS1在加載過程中的索力變化曲線。可以看出，隨著初始索力的增加，索力變化曲線的包絡面積逐漸減小，因為較大的拉索索力會使拉索產(chǎn)生較大的初始彈性變形，所以在外力作用下，使拉索從彈性—塑性所需要的索力變化空間變小，所以降低了彈性變形所占的比重，使得拉索錨固端的加載位移路徑與卸載回歸路徑更加接近。對比三組節(jié)點模型的索力變化初始值與加載結(jié)束后索力值的吻合程度可知：SPSJ-1與SPSJ-3吻合程度較好，索力變化的曲線的起點和終點基本吻合，而SPSJ-5出現(xiàn)了明顯的偏差，這主要是因為SPSJ-5的初始索力較大，在加載過程中對于梁的塑性損傷較為嚴重，造成了結(jié)構梁段輕微的軸向壓縮變形，故表現(xiàn)出索力有少許的下降。

觀察圖7b拉索索力在加載階段的始末值可見，索力變化的始末值基本吻合，索力損失微小。對比圖7b中的索力變化曲線SPSJ-3、SPSJ-4可知：對于承載力相近、索力相同、翼緣蓋板厚度不同的節(jié)點模型，增加翼緣蓋板的厚度可以降低索力值。這是因為增加翼緣蓋板厚度，可以推遲蓋板進入塑性變形的時間，延后節(jié)點出現(xiàn)剛度下降的時刻，從而減小了節(jié)點的整體變形量，進而降低了預應力鋼索的伸長量，使索力變化減小。由此可知，增加翼緣蓋板厚度可以有效保護預應力鋼索。對比索力變化曲線SPSJ-2、SPSJ-4可知：在翼緣蓋板厚度相同的情況下，增加預應力拉索的索力，會使索力變化曲線的包絡面積減小，其原理已于上一段論述，此處不多做闡述。

圖7c給出了節(jié)點模型SPSJ-1、SPSJ-2和SPSJ-4在疲勞荷載S2作用下的索力變化曲線對比。可知，三組索力變化呈現(xiàn)出相同的變化趨勢并且曲線斜率走向基本相同，說明預應力拉索在整個疲勞加載的過程中處于彈性狀態(tài)并保持著穩(wěn)定的變化。證明了本文所研究的節(jié)點構造形式，在多次余震過程中拉索的預應力不會出現(xiàn)明顯的損失，并且預應力拉索能夠為節(jié)點的復位提供持續(xù)穩(wěn)定的恢復力，說明此節(jié)點在罕遇地震以及多次余震中都具有很好的抗震能力和安全性能。

a—SPSJ-1、3、5; b—SPSJ-1～4; c—SPSJ-1、2、4—S2。圖7 索LS1索力變化曲線Fig.7 Curves of cable forces for cable LS1

3.3 節(jié)點破壞模式

圖8給出了梁端轉(zhuǎn)角達到0.03 rad時節(jié)點模型SPSJ-1～SPSJ-5的變形應力云圖?？梢钥闯?各節(jié)點的應力分布狀態(tài)，且當節(jié)點應力超過345 MPa時，圖形上顯示為灰色(表明該位置進入塑性)。由圖8可知：節(jié)點破壞時，懸臂梁段和加強梁段上翼緣頂緊，下翼緣開口，節(jié)點上翼緣蓋板受壓發(fā)生屈曲變形，且未進入塑性，下翼緣蓋板受拉進入塑性，節(jié)點通過上翼緣蓋板鼓曲和下翼緣蓋板進行塑性耗能。

SPSJ-5較大的初始索力使結(jié)構梁段受到了較大軸向壓力，未設置翼緣蓋板使梁段接觸面在受到較大擠壓力的同時無輔助耗能構件，從而導致該模型在加載過程中梁段接觸面附近及結(jié)構梁段未加強區(qū)邊界處發(fā)生了較大的塑性變形。SPSJ-1、SPSJ-3的預應力拉索初始索力值遠小于SPSJ-5，但設置了翼緣蓋板，使得SPSJ-1、SPSJ-3與SPSJ-5具有相同的屈服荷載，且SPSJ-1、SPSJ-3的極限荷載高于SPSJ-5的，節(jié)點主體結(jié)構塑性變形面積也大大降低。上述現(xiàn)象表明：設置翼緣蓋板既可以在保證結(jié)構承載力的情況下降低索力，也可以有效降低結(jié)構主要構件的塑性損傷；同時利用翼緣蓋板塑性變形和鼓曲變形可以耗散地震能量，從而對保護主體構件、增加結(jié)構承載能力和耗能能力起到良好的作用。SPSJ-4節(jié)點主體結(jié)構大面積進入塑性，這是由于翼緣蓋板較厚、預應力拉索初始索力值較大時，結(jié)構懸臂梁段和結(jié)構梁段拼接位置處剛度較大，擠壓力較大，致使主體結(jié)構大面積進入塑性。說明增加翼緣蓋板的厚度雖然能夠提高結(jié)構承載能力，但過厚的翼緣蓋板會使節(jié)點主體結(jié)構產(chǎn)生大面積的塑性變形。

a—SPSJ-1; b—SPSJ-2; c—SPSJ-3; d—SPSJ-4; e—SPSJ-5。圖8 節(jié)點應力 MPaFig.8 Contours of stress for joints

通過對節(jié)點模型SPSJ-1～SPSJ-3的對比發(fā)現(xiàn):SPSJ-1和SPSJ-3的主體結(jié)構塑性變形區(qū)域較小；SPSJ-2翼緣蓋板厚度大于SPSJ-1的，但兩模型極限承載力相差不大，說明SPSJ-1的節(jié)點性能優(yōu)于SPSJ-2；SPSJ-1的翼緣蓋板厚度大于SPSJ-3，而預應力拉索初始索力小于SPSJ-3的，SPSJ-1的極限承載力明顯優(yōu)于SPSJ-3的，說明SPSJ-1的節(jié)點性能明顯優(yōu)于SPSJ-3；SPSJ-1的整體性能明顯優(yōu)于其他四組節(jié)點，表明翼緣蓋板厚度和預應力拉索初始索力的合理設計，既可以提高節(jié)點的極限承載力，同時也可以有效減小主體結(jié)構塑性變形區(qū)域的面積，過大的初始索力和翼緣蓋板厚度都會對結(jié)構性能造成不利影響。

通過以上分析可知，翼緣蓋板厚度和初始拉索索力的合理設計是保證節(jié)點具有良好修復性能的關鍵。

3.4 性能指標

通過數(shù)據(jù)處理，可獲得各模型的屈服彎矩My及其對應時刻的節(jié)點轉(zhuǎn)角θy、峰值彎矩Mu及其對應時刻的轉(zhuǎn)角θmax、位移延性系數(shù)μ等試驗性能指標，如表4所示。其中，θ0.8Mu為模型承載力下降至0.8Mu所對應的轉(zhuǎn)角，位移延性系數(shù)μ=θ0.8Mu/θy。可知，增加翼緣蓋板的厚度對于提高節(jié)點模型屈服承載力和極限承載力作用較明顯，而增大索力也可以提高節(jié)點模型的承載力，但作用效果不如加厚蓋板明顯。所有節(jié)點模型的延性系數(shù)均大于3，滿足最低抗震性能要求，結(jié)構具有良好的延性。

表4 節(jié)點模型主要性能指標Table 4 Main performance indexes of joint models

4 結(jié)束語

通過對5組節(jié)點模型的對比，分析了所獲得的荷載-位移曲線、索力變化曲線、破壞模式以及應力變化曲線等數(shù)據(jù)，研究了狗骨削弱蓋板厚度以及初始拉索預拉力大小對節(jié)點模型的抗震性能的影響，得到了以下結(jié)論：

1)所提出的復合承載型自復位梁柱節(jié)點具有良好的承載能力、耗能能力以及自復位能力、良好的延性和可修復性，同時具備承載結(jié)構阻尼器的功能。

2)增加狗骨削弱蓋板厚度或拉索預拉力均可提升節(jié)點的承載能力，但狗骨削弱蓋板厚度對其影響更加顯著。

3)通過在構件上設置翼緣連接蓋板，可有效提高構件的耗能能力，降低拉索初始預拉力，保證拉索在地震作用下具有較大的安全系數(shù)。

4)帶狗骨削弱蓋板的節(jié)點在疲勞加載過程中表現(xiàn)出與不具有蓋板的節(jié)點在常規(guī)加載中相同的承載能力和耗能能力，證明本文研究的節(jié)點在震后依然能抵御多次較大余震。

5)預應力拉索可以補償運用削弱蓋板的削弱型節(jié)點的承載力，狗骨削弱蓋板可以在提高預應力拉索節(jié)點耗能能力的同時對結(jié)構梁段起到保護作用，兩者的復合承載作用提高了節(jié)點的安全性、適用性和經(jīng)濟性。