外包縮口鋼套螺栓連接節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能試驗(yàn)研究

摘 要：為了解決傳統(tǒng)混凝土裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，鋼構(gòu)件凸出影響空間布置等問題，提出一種采用端板螺栓連接的外包縮口鋼套筒形式梁柱節(jié)點(diǎn)。設(shè)計(jì)并制作了3個(gè)裝配式節(jié)點(diǎn)試件和1個(gè)作為對(duì)比試件的現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)試件，通過進(jìn)行梁柱節(jié)點(diǎn)的單調(diào)加載試驗(yàn)，探究該節(jié)點(diǎn)的破壞模式和各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)。結(jié)果表明：裝配式節(jié)點(diǎn)的主要破壞模式為梁端的彎曲破壞，核心區(qū)鋼套筒未發(fā)生明顯破壞；縮小套筒和加勁肋的厚度差距，能有效確保試件的整體力學(xué)性能，提升節(jié)點(diǎn)協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)能力；裝配式試件峰值承載力分別比現(xiàn)澆試件提高22.7%，19.7%和13.8%，且延性系數(shù)均為3.47～3.73。研究提出的裝配式節(jié)點(diǎn)具有安裝簡(jiǎn)單，承載能力優(yōu)于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，且后期可實(shí)現(xiàn)梁的拆換等特點(diǎn)，可為同類裝配式節(jié)點(diǎn)在工程中的應(yīng)用提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；裝配式；螺栓連接；單調(diào)加載；力學(xué)性能

中圖分類號(hào)：

TU375.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.7535/hbgykj.2024yx04002

LI Zeruo， WU Dongping， YU Zhuoyu，et al.

Experimental research on mechanical properties of bolted joints with external necking steel sleeve

［J］. Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2024，41（4）：247-254.

Experimental research on mechanical properties of bolted joints with external necking steel sleeve

LI Zeruo， WU Dongping， YU Zhuoyu， LI Chengyu

（School of Urban Construction， Wuhan University of Science and Technology， Wuhan， Hubei 430065， China）

Abstract：In order to solve the problems of complex regional structure of traditional concrete prefabricated beam-column joints， such as the projection of steel members affecting the spatial layout， a beam-column joint with external contraction steel sleeve connected by end plate bolts was proposed. Three fabricated joint specimens and one cast-in-place joint specimen were designed and manufactured. Through monotonic loading test of beam-column joints， the failure mode and mechanical properties of the joints were explored. The results show that the main failure mode of assembled joints is the bending failure of beam end， and the steel sleeve in the core area has not been obviously damaged. Narrowing the thickness gap between the sleeve and the stiffener can effectively ensure the overall mechanical properties of the specimen and improve the cooperative rotation ability of the joint. Compared with cast-in-place specimens， the peak bearing capacity of assembled specimens is increased by 22.7%， 19.7% and 13.8% respectively， and the ductility coefficients are all between 3.47 and 3.73. The research results show that this kind of fabricated joint has the characteristics of simple installation， better bearing capacity than cast-in-place joint， and the beam can be disassembled and replaced in the later stage， which can provide some reference for the application of similar fabricated joint in engineering.

Keywords：structural design; prefabricated; bolted connection; unidirectional loading; mechanical properties

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)具有構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、綠色節(jié)能等諸多優(yōu)勢(shì)，已逐漸成為中國(guó)建筑行業(yè)的重要發(fā)展方向之一[1-3]。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)主要通過將現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)拆成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的預(yù)制構(gòu)件，再通過可靠的拼裝方式來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的快速連接[4-6]。處于拼接位置核心的梁柱節(jié)點(diǎn)是整個(gè)結(jié)構(gòu)的傳力樞紐，承擔(dān)著傳遞軸力、剪力和彎矩的作用，其受力性能會(huì)對(duì)整體框架結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性產(chǎn)生重要影響。

針對(duì)裝配式節(jié)點(diǎn)受力性能的優(yōu)化，國(guó)內(nèi)外學(xué)者紛紛展開研究與探索。FAN等[7] 研究了不同變量對(duì)鋼管柱與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)受力性能的影響，該節(jié)點(diǎn)滿足“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。結(jié)果表明，使用方形管代替圓形內(nèi)管，能增強(qiáng)試件的延性和耗能能力，且端板厚度對(duì)試件的受力性能影響最為顯著。夏軍武等[8]對(duì)一種設(shè)置螺栓連接槽型外套筒和槽型鋼梁的梁柱拼接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行低周往復(fù)加載試驗(yàn)，結(jié)果表明節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能優(yōu)異，角鋼及加勁肋板厚是影響節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和延性的重要因素，在t=12 mm時(shí)耗能能力有較大提升，且隨著外套筒板厚的增加，節(jié)點(diǎn)的抗震性能也在增強(qiáng)。但是在試驗(yàn)過程中，槽型梁翼緣焊縫出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致焊縫發(fā)生脆裂，節(jié)點(diǎn)處的連接剛度不夠強(qiáng)。CHOI等[9]先在試件節(jié)點(diǎn)處預(yù)埋鋼構(gòu)件，然后采用后澆纖維增強(qiáng)材料實(shí)現(xiàn)預(yù)制件之間的連接。試驗(yàn)表明，相比現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，預(yù)埋件可以有效提升裝配式節(jié)點(diǎn)的承載力，纖維增強(qiáng)材料有著良好的韌性，節(jié)點(diǎn)延性也能得到增強(qiáng)。但該節(jié)點(diǎn)存在二次澆筑，工藝較為復(fù)雜且設(shè)計(jì)過程中采用新型材料，難以運(yùn)用于工程實(shí)際。劉學(xué)春等[10-11]提出一種梁柱節(jié)點(diǎn)采用新型模塊化全螺栓連接，通過進(jìn)行抗震性能試驗(yàn)以及有限元模擬分析，研究連接件形式的差異及不同加勁構(gòu)造措施對(duì)節(jié)點(diǎn)性能的影響。結(jié)果表明，節(jié)點(diǎn)的承載能力較強(qiáng)，具有良好的延性和耗能能力。但是節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，易造成現(xiàn)場(chǎng)安裝困難且需分次澆筑混凝土。

綜上所述，現(xiàn)有的傳統(tǒng)混凝土裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)存在設(shè)計(jì)復(fù)雜、運(yùn)輸過程困難、現(xiàn)場(chǎng)施工流程繁瑣、拆換配件難度大等問題?？紤]以簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)形式、降低成本、便于組裝、且后期可替換梁為出發(fā)點(diǎn)，本文提出一種采用外包縮口鋼套螺栓連接的裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)，對(duì)試件進(jìn)行單調(diào)加載試驗(yàn)，觀察節(jié)點(diǎn)試件的破壞形態(tài)及力學(xué)性能，驗(yàn)證該新型節(jié)點(diǎn)的可行性，并分析各變量對(duì)試件力學(xué)性能的影響程度，為其工程應(yīng)用提供一定的參考。

1 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式

本文所提出的外包縮口鋼套螺栓連接的裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式如圖1所示。核心鋼套筒部分由鋼端板、混凝土外包段鋼套筒及加勁肋在加工廠預(yù)先焊接形成整體，并將梁縱筋彎折后與鋼節(jié)點(diǎn)套筒內(nèi)壁焊接，以確?；炷僚c鋼套筒的連接穩(wěn)固。最后，澆筑混凝土經(jīng)脫模養(yǎng)護(hù)后形成最終的預(yù)制梁、柱構(gòu)件。運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)后，僅需通過柱內(nèi)預(yù)留的螺栓孔洞，設(shè)置對(duì)穿高強(qiáng)螺栓實(shí)現(xiàn)預(yù)制混凝土梁、預(yù)制混凝土上柱和下柱的連接，形成最終的裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)。

在縮口套筒兩側(cè)設(shè)置加勁肋提升了端板和鋼套筒的整體性，加強(qiáng)了端板的延伸部分，并使節(jié)點(diǎn)整體的抗彎能力和初始剛度得到增強(qiáng)。該設(shè)計(jì)避免了節(jié)點(diǎn)處端板和加勁肋凸出對(duì)構(gòu)件運(yùn)輸中的影響，提高了運(yùn)輸效率，減少了實(shí)際工程中對(duì)結(jié)構(gòu)空間的影響。鋼套筒外形采用梯形設(shè)計(jì)來避免陰角導(dǎo)致的混凝土無法填實(shí)，振搗不充分等問題，并通過梁端外包鋼的方式彌補(bǔ)了梁端放坡造成的部分截面強(qiáng)度的削弱，加強(qiáng)了梁端混凝土的局部受壓能力。

2 試驗(yàn)概況

2.1 試件設(shè)計(jì)

選取某多層框架結(jié)構(gòu)中間層邊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，按0.6∶1的縮尺比例設(shè)計(jì)了3個(gè)外包縮口鋼套螺栓連接節(jié)點(diǎn)試件（分別用JD-1，JD-2，JD-3表示）和1個(gè)整體現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)試件（用XJ表示），將兩者對(duì)比分析。JD-1，JD-2，JD-3為帶鋼節(jié)點(diǎn)連接的裝配式鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)試件，包括了預(yù)制梁、預(yù)制上柱、預(yù)制下柱3部分。其中，混凝土柱截面尺寸為240 mm×240 mm，梁截面尺寸為120 mm×240 mm，上柱柱高確定為660 mm，下柱柱高為1 500 mm，梁長(zhǎng)為1 500 mm。

在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)過程中依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》（JGJ 82—2011）[12]，基于混凝土節(jié)點(diǎn)的極限承載力對(duì)所需螺栓進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算，最終確定螺栓的型號(hào)、尺寸及數(shù)量能夠滿足結(jié)構(gòu)受力的要求。綜上，預(yù)制下柱與預(yù)制梁通過在柱內(nèi)埋設(shè)PVC管預(yù)留螺栓孔洞，采用4根10.9級(jí)M16高強(qiáng)螺栓與梁端鋼端板連接成整體。試件幾何構(gòu)造及配筋情況見圖2，各試件節(jié)點(diǎn)類型及節(jié)點(diǎn)部位參數(shù)信息見表1。

2.2 材料力學(xué)性能

試驗(yàn)中，試件的混凝土采用C30強(qiáng)度，在澆筑時(shí)用同批次混凝土制作6個(gè)150 mm×150 mm×150 mm的標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊，試塊與預(yù)制混凝土試件在同等條件下養(yǎng)護(hù)28 d以上。根據(jù)《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2019）[13]進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)得混凝土的平均抗壓強(qiáng)度為30.3 MPa。

鋼節(jié)點(diǎn)核心區(qū)所用鋼材均采用Q355結(jié)構(gòu)鋼，梁柱構(gòu)件內(nèi)鋼筋均采用 HRB400級(jí)，鋼板及鋼筋在試件制作時(shí)均保留試樣，按照《金屬材料 拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T 228.1—2010）[14]測(cè)得鋼筋和鋼板的力學(xué)性能，見表2。

2.3 試件裝置與加載制度

結(jié)合實(shí)際情況，本次試驗(yàn)采用柱臥式加載模式，通過絲桿與夾具板將柱子兩端與地梁固定，實(shí)現(xiàn)柱端鉸接。為防止梁平面外失穩(wěn)，在梁端設(shè)置平面外側(cè)向約束。用液壓千斤頂與反力架在上柱柱頂給試件施加軸壓荷載，梁端加載荷載由伺服作動(dòng)器施加，由伺服作動(dòng)器及微機(jī)來控制整個(gè)試驗(yàn)過程，加載裝置如圖3所示。

此次試驗(yàn)為梁柱節(jié)點(diǎn)靜力試驗(yàn)，根據(jù)《建筑抗震試驗(yàn)規(guī)程》（JGJ/T 101—2015）[15]，試驗(yàn)開始前進(jìn)行預(yù)加載，檢查儀表是否正常工作，確保試件間貼合緊密。正式加載時(shí)，通過液壓千斤頂對(duì)柱施加荷載，達(dá)到試驗(yàn)所需軸壓比，待油表數(shù)值穩(wěn)定后，由伺服作動(dòng)器對(duì)梁端單調(diào)加載。試驗(yàn)全程由位移控制加載，開始階段每級(jí)位移控制在2 mm，當(dāng)梁端縱筋屈服后，位移按照每級(jí)4 mm進(jìn)行控制，當(dāng)梁端荷載下降至峰值荷載的85%以下，表明試件破壞，停止加載。

2.4 布置測(cè)點(diǎn)

試驗(yàn)中共在6處設(shè)置位移計(jì)及百分表，2處設(shè)置傾角儀，以量測(cè)梁自由端加載點(diǎn)處的位移、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切變形及梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角，觀測(cè)鋼套筒節(jié)點(diǎn)傾斜角度。在梁柱縱筋的關(guān)鍵受力位置及鋼節(jié)點(diǎn)核心區(qū)布置電阻應(yīng)變片，通過電阻應(yīng)變儀獲取鋼筋、鋼節(jié)點(diǎn)各部件達(dá)到屈服位移時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變。測(cè)點(diǎn)位置如圖4所示。

3 試驗(yàn)現(xiàn)象及破壞形態(tài)

3.1 試件JD-1，JD-2，JD-3

試件JD-1在初期加載階段處于線彈性階段，荷載-位移曲線呈線性發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)位移加載至Δ=5 mm時(shí)，梁正面受拉區(qū)距套筒60 mm和100 mm處分別出現(xiàn)2條水平受彎裂縫。Δ=7.1 mm時(shí)的裂縫情況如圖5 a）所示。隨著位移的繼續(xù)加載，裂縫的數(shù)量逐漸增多，位置從梁初始靠近套筒處逐漸向梁中間發(fā)展；形式從水平的細(xì)小裂縫演變成斜向裂縫，且裂縫寬度逐漸擴(kuò)大。當(dāng)位移加載至Δ=26 mm時(shí)，荷載位移曲線開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，判定試件達(dá)到屈服。當(dāng)Δ=28.4 mm時(shí)，梁正面距套筒100 mm處兩邊的拉壓裂縫發(fā)展貫通成為一條主裂縫，如圖5 b）所示。隨著位移不斷增加，梁的左側(cè)面受壓區(qū)混凝土局部出現(xiàn)大量細(xì)微裂縫，且開始出現(xiàn)“起皮”現(xiàn)象。當(dāng)Δ=42.6 mm后，梁的主裂縫寬度繼續(xù)增加，受拉區(qū)裂縫數(shù)量趨于穩(wěn)定，只有較少的新裂縫產(chǎn)生，混凝土開始脫落。而梁受壓區(qū)裂縫分布開始擴(kuò)大，混凝土保護(hù)層逐漸剝落。Δ=49.7 mm時(shí)的裂縫情況如圖5 c）所示。當(dāng)Δ=71 mm時(shí)，梁上出現(xiàn)的最大裂縫寬度達(dá)到12 mm，受拉區(qū)混凝土大面積脫落，梁內(nèi)鋼筋清晰可見。加載后期JD-1的裂縫情況如圖5 d）所示，當(dāng)Δ=92.3 mm時(shí)，試件的承載力降至峰值荷載的85％以下，認(rèn)為此時(shí)試件破壞。整個(gè)試驗(yàn)過程中，未觀察或量測(cè)到梁縱筋和鋼套筒之間發(fā)生滑移脫落的情況，縱筋屈服和混凝土壓碎之前未出現(xiàn)縱筋被拔出而應(yīng)變突變現(xiàn)象，表明連接錨固構(gòu)造可行。試件JD-2，JD-3在試驗(yàn)加載初期裂縫發(fā)展趨勢(shì)均同試件JD-1類似，最終破壞形態(tài)如圖6 a）—b）所示。

試件JD-2在位移加載至Δ=35.5 mm時(shí)，梁正面距套筒100 mm處混凝土裂縫加劇發(fā)展，寬度達(dá)到10 mm。當(dāng)Δ=78.1 mm時(shí)，端板與鋼套筒連接處受拉發(fā)生翹曲變形，達(dá)到5 mm（見圖6 a）右），該現(xiàn)象是由于JD-2加勁肋較?。? mm），對(duì)鋼套筒轉(zhuǎn)動(dòng)約束較小，抵制節(jié)點(diǎn)域變形能力較試件JD-1要低一些，在試驗(yàn)后期加勁肋更容易發(fā)生屈曲變形，降低了對(duì)套筒轉(zhuǎn)動(dòng)的約束，故套筒對(duì)端板的拉扯導(dǎo)致端板連接處產(chǎn)生翹曲。

試件JD-3在位移加載至Δ=7.1 mm時(shí)梁上出現(xiàn)第1條斜裂縫。當(dāng)Δ=14.2 mm時(shí)，距套筒20 mm處斜裂縫發(fā)展延伸為一條主裂縫。當(dāng)Δ=42.6 mm時(shí)，該主裂縫寬度增大到6 mm，梁上斜裂縫較多，且多集中在正面距套筒100 mm處附近，說明此處容易發(fā)生應(yīng)力集中。試驗(yàn)過程中，梁與鋼套間接觸良好，實(shí)現(xiàn)了梁端塑性鉸的外移，破壞形式為梁端受彎破壞，屬于延性破壞。

綜上，裝配式節(jié)點(diǎn)試件主要的損傷現(xiàn)象有：1）梁受拉區(qū)靠近鋼套筒處開始出現(xiàn)水平裂縫，接著梁縱筋達(dá)到屈服狀態(tài)，裂縫分布由初始的梁端水平裂縫逐漸向梁中部發(fā)展，從主裂縫延伸出放射狀的斜向次裂縫，隨后，混凝土保護(hù)層開始剝離，達(dá)到峰值荷載后承載力下降，在梁鋼套外端形成塑性鉸而破壞；2）混凝土柱沒有出現(xiàn)明顯損傷，表明該裝配式節(jié)點(diǎn)可以通過更換受損梁實(shí)現(xiàn)部分柱構(gòu)件的再次利用；3）作為重要連接件的高強(qiáng)度螺栓在試驗(yàn)結(jié)束后也幾乎沒有變形，承載能力滿足設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算預(yù)期。

3.2 試件XJ

試件XJ在加載過程中與裝配式節(jié)點(diǎn)試件的裂縫發(fā)展?fàn)顩r大體相同，在Δ=4.2 mm時(shí)正面第3網(wǎng)格開始出現(xiàn)彎曲裂縫，相較于裝配式節(jié)點(diǎn)首條裂縫出現(xiàn)較早。加載過程中隨著位移繼續(xù)增加，梁構(gòu)件受拉區(qū)由靠近柱一側(cè)向梁遠(yuǎn)端方向出現(xiàn)較多橫向裂縫，位移加載至Δ=21.3 mm時(shí)，橫向裂縫發(fā)展到正面第18網(wǎng)格處且呈網(wǎng)狀延伸。位移加載至Δ=28.4 mm時(shí)梁柱連接處裂縫貫穿呈現(xiàn)撕裂狀，且梁上出現(xiàn)受剪斜裂縫。隨著位移繼續(xù)增大，梁上斜裂縫寬度增大至3 mm。最終破壞時(shí)，梁受壓側(cè)混凝土破壞嚴(yán)重，出現(xiàn)大面積混凝土碎裂脫落，如圖6 c）所示。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 荷載-位移關(guān)系分析

各試件的荷載-位移曲線見圖7，試驗(yàn)中特征點(diǎn)的荷載和位移值見表3。通過Park法[16]來確定結(jié)構(gòu)的屈服荷載（Py）和屈服位移（Δy），極限荷載（Pu）定義為當(dāng)峰值下降到85%時(shí)的荷載值，極限位移（Δu）即為極限荷載時(shí)所對(duì)應(yīng)的位移大小。

1）4個(gè)試件的變化趨勢(shì)類似，表明其受力性能相近。在單調(diào)加載初期，4個(gè)試件的曲線都呈線性增長(zhǎng)且斜率較大，具有較大的初始剛度，且在出現(xiàn)細(xì)微裂縫后剛度也基本不變，塑性變形很小。屈服后試件的剛度逐漸減小，塑性變形增大，荷載隨著位移遞增而呈正向增長(zhǎng)，曲線的塑性發(fā)展段較為充分，有較強(qiáng)的維持承載力的能力。

2）從整體趨勢(shì)來看，試件承載力呈現(xiàn)出JD-1＞JD-2＞JD-3＞XJ的趨勢(shì)：試件JD-1，JD-2，JD-3均較試件XJ的承載能力更強(qiáng)，其峰值荷載分別比試件XJ提高22.7%，19.7%和13.8%。這表明此次設(shè)計(jì)的新型節(jié)點(diǎn)相比于現(xiàn)澆梁柱節(jié)點(diǎn)承載力得到明顯提升，且整體結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到等同現(xiàn)澆的效果。

3）對(duì)比試件JD-1與JD-2，可看出構(gòu)件加勁肋厚度與構(gòu)件的承載力關(guān)系密切，增大加勁肋厚度可使節(jié)點(diǎn)承載能力提高。在加載初期位移Δ=28.4 mm 時(shí)，試件JD-1荷載較試件JD-2提高了6.1%；加載至Δ=77.2 mm時(shí)，試件JD-1先于JD-2達(dá)到承載力峰值并開始下降，而試件JD-2承載力還在繼續(xù)提升；兩者荷載差距逐漸縮小，最終試件JD-1的峰值荷載較試件JD-2提高了2.5%。這說明，增大加勁肋厚度能提升節(jié)點(diǎn)的剛性，從而使節(jié)點(diǎn)的承載力也隨之提高，但會(huì)降低鋼節(jié)點(diǎn)與混凝土的協(xié)同能力，導(dǎo)致試件JD-1要比JD-2更早破壞。

4）對(duì)比試件JD-1與JD-3可知，試件JD-1的峰值荷載比JD-3提高了7.8%，表明增加鋼套筒厚度加強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的整體剛度，可以提高節(jié)點(diǎn)承載力。試件JD-3由于加勁肋和鋼套筒的厚度差距較大，導(dǎo)致鋼節(jié)點(diǎn)整體性較差，試件較早到達(dá)屈服和極限狀態(tài)，極限承載力不如試件JD-1和JD-2。

4.2 轉(zhuǎn)角和延性分析

梁轉(zhuǎn)角（θ=Δ/H）定義為加載點(diǎn)位移（Δ）與加載點(diǎn)距離柱邊緣（H）的比值。試件最終破壞時(shí)的轉(zhuǎn)角見表4。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016年版，GB 50011—2010）[17]中的規(guī)定：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)彈塑性位移角的最小值為θp=1/50=0.02 rad，所有裝配式試件的轉(zhuǎn)角均超過0.06 rad，高于規(guī)范要求，說明節(jié)點(diǎn)試件的塑性變形發(fā)展能力較好。

延性不僅是結(jié)構(gòu)變形能力的重要體現(xiàn)，也是衡量結(jié)構(gòu)抗震性能的重要指標(biāo)。延性越大，表示結(jié)構(gòu)吸收能量和承受彈塑性變形的能力則越強(qiáng)，能避免結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞。延性系數(shù)定義為結(jié)構(gòu)極限位移Δu與屈服位移Δy的比值，它是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中相當(dāng)重要的指標(biāo)。計(jì)算4個(gè)試件的位移延性系數(shù)，結(jié)果見表4。比較不同條件下的延性系數(shù)可得如下認(rèn)知：

1）由于試件JD-2較早達(dá)到屈服狀態(tài)且對(duì)應(yīng)的極限位移較大，故其延性系數(shù)最大，較試件JD-1，JD-3分別提升了5.4%和7.5%。這說明在加勁肋和鋼套筒厚度相近時(shí)，鋼節(jié)點(diǎn)與混凝土協(xié)同性更好，混凝土處的集中破壞轉(zhuǎn)化為預(yù)制梁的整體受力。

2）由于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)和裝配式節(jié)點(diǎn)受力情況的不同，試件XJ的延性仍要優(yōu)于其他3個(gè)裝配式試件。在試驗(yàn)中裝配式試件主要是梁柱之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼節(jié)點(diǎn)區(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)幅度較小，而套筒上端混凝土梁段由于混凝土材料強(qiáng)度不足而發(fā)生破壞，限制了裝配式試件的延性性能的發(fā)展。而試件XJ最終破壞時(shí)梁端截面發(fā)生彎剪破壞，柱和節(jié)點(diǎn)均出現(xiàn)裂縫，由于其較早達(dá)到屈服狀態(tài)，屈服到破壞區(qū)段相對(duì)較長(zhǎng)，從而延性系數(shù)較大。

3）裝配式節(jié)點(diǎn)試件的位移延性系數(shù)μ=3.47～3.73，明顯高于《混凝土結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》（GB 55008—2021）[18]中對(duì)位移延性系數(shù)的要求（≥2）。因此，本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)的3個(gè)裝配式節(jié)點(diǎn)試件均能滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016年版）[17]的要求，且表現(xiàn)出良好的延性，有著充分的塑性變形發(fā)展能力。

4.3 應(yīng)變分析

選取試件JD-1為例，對(duì)其試驗(yàn)過程中采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。選取梁右側(cè)受拉區(qū)9個(gè)主要的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，以及柱右側(cè)受拉處2個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，繪制應(yīng)變曲線，如圖8所示。其中：4#，5#，6#為梁內(nèi)右側(cè)縱筋的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)；13#，14#為與梁連接柱右側(cè)受拉縱筋測(cè)點(diǎn)；17#，18#為右側(cè)端板應(yīng)變測(cè)點(diǎn)；19#，20#為右側(cè)加勁肋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)；21#，22#為右側(cè)鋼套筒的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。

由圖8可以看出：

1）在整個(gè)試驗(yàn)過程中，13#，14#測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)表明，柱縱筋應(yīng)變值變化較小，說明柱內(nèi)鋼筋基本處于彈性階段，混凝土柱未產(chǎn)生明顯損傷，滿足節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)的強(qiáng)柱要求；

2）梁內(nèi)縱筋在加載位移為20～28 mm時(shí)屈服，塑性鉸大致出現(xiàn)在5#測(cè)點(diǎn)位置處，其應(yīng)變最大且明顯高于4#與6#測(cè)點(diǎn)，這與試驗(yàn)破壞現(xiàn)象相符；

3）17#—22#應(yīng)變測(cè)點(diǎn)中，加勁肋與套筒連接處（即20#測(cè)點(diǎn)）出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)變發(fā)展上升趨勢(shì)較為明顯，在試驗(yàn)過程中較早達(dá)到屈服狀態(tài)；端板應(yīng)變?cè)诩虞d后期達(dá)到屈服應(yīng)變，這與試驗(yàn)情況相吻合。

綜上，預(yù)制柱及節(jié)點(diǎn)鋼構(gòu)件均未發(fā)生破壞，鋼節(jié)點(diǎn)能有效協(xié)同混凝土參與工作，提高節(jié)點(diǎn)承載能力。但仍需繼續(xù)優(yōu)化加勁肋與套筒的錨固方式，緩解應(yīng)力集中現(xiàn)象，確保各部件協(xié)同受力效益最大化。

5 結(jié) 語

本文提出一種采用外包縮口鋼套螺栓連接的裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)形式，通過梁端單調(diào)加載試驗(yàn)對(duì)該節(jié)點(diǎn)的破壞模式和力學(xué)性能進(jìn)行了研究，得到以下主要結(jié)論。

1）在縮口鋼套節(jié)點(diǎn)形式引入后，實(shí)現(xiàn)了梁柱節(jié)點(diǎn)的塑性鉸外移，裝配式試件的破壞特征均為鋼套筒上方混凝土梁部的彎曲破壞，而混凝土柱以及節(jié)點(diǎn)核心區(qū)無明顯破壞現(xiàn)象，滿足“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則，可以在后期通過更換高強(qiáng)度螺栓和預(yù)制梁來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的加固和修復(fù)。

2）裝配式節(jié)點(diǎn)使用少量螺栓即可將預(yù)制梁柱通過端板進(jìn)行連接，無需二次混凝土澆筑，可以達(dá)到簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)連接形式以及便于現(xiàn)場(chǎng)施工的目的。通過設(shè)計(jì)外包縮口鋼套筒部分，避免了節(jié)點(diǎn)處端板和加勁肋凸出構(gòu)件表面對(duì)運(yùn)輸和結(jié)構(gòu)空間的影響，現(xiàn)場(chǎng)安裝完畢后，鋼套筒側(cè)面可以采用水泥抹平，使外觀整齊美觀。

3）新型裝配式節(jié)點(diǎn)的初始剛度與承載能力均優(yōu)于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，裝配式節(jié)點(diǎn)試件的實(shí)測(cè)峰值承載力為現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)試件的1.14倍～1.23倍，并且位移延性系數(shù)為3.47～3.73，滿足鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的延性要求，能夠保證節(jié)點(diǎn)試件的抗變形能力，實(shí)現(xiàn)等同甚至優(yōu)于現(xiàn)澆的設(shè)計(jì)預(yù)期。

4）鋼套筒厚度與加勁肋厚度的增加都能提高節(jié)點(diǎn)的整體承載能力，縮小這兩者厚度的差距，能提升節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)能力，更好地確保試件整體性能的提高。

本文僅設(shè)計(jì)了加勁肋厚度和鋼套筒厚度作為變量進(jìn)行研究，試件數(shù)量較少，且在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)鋼節(jié)點(diǎn)區(qū)域焊縫質(zhì)量參差不齊會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)出現(xiàn)誤差。因此，接下來的研究將在確保各試件焊縫強(qiáng)度合格的基礎(chǔ)上，繼續(xù)以其他參數(shù)作為變量來探討對(duì)該節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的影響。

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