一種新型鋼骨梁柱節點性能研究★

申彥利 王雪琪

(河北工程大學,河北 邯鄲 056038)

0 引言

裝配式鋼結構，作為一種全壽命周期內的綠色建筑，具有強度較高、自重較輕、環保、可循環利用等特點，契合建筑工業化發展的大趨勢。

目前鋼框架梁柱節點的優化方案主要包括：1)梁端加腋及肋板加強等的梁截面局部加強式節點;2)腹板削弱及翼緣削弱的梁截面局部削弱式節點;3)摩擦轉動型及金屬轉動型的轉動型耗能節點[18]。本文提出一種新型鋼節點，能夠較好的實現節點耗能且有一定自復位性能，有較好抗震性能且適用于裝配式結構。為研究該新型節點的受力特性、破壞機理以及抗震性能，運用有限元分析軟件ABAQUS進行了數值建模分析。

1 節點設計

1.1 節點概況

柱為十字形焊接鋼骨bz×hz×ts:50 mm×100 mm×12 mm，梁為工字形焊接鋼骨，截面bs×hs×ts:60 mm×120 mm×12 mm。鋼骨采用的鋼材材質是Q345，焊接選用J422型焊條手工焊接，焊縫類型均為角焊縫。連接區的轉換鋼板厚度10 mm；角鋼厚度為4 mm;螺栓采用20MnTi鋼M12，其屈服強度為940 MPa，抗拉強度為1 040 MPa。預應力筋采用中強度預應力鋼絲，直徑為7 mm，屈服強度為980 MPa，見圖1。

1.2 節點模型主要參數

針對梁上連接部位角鋼強度、預應力筋初始預應力、橡膠厚度三個參數，共設計了7個相似比例為1∶2的節點，如表1所示。

本文采用有限元軟件ABAQUS中自帶的Mooney-Rivlin模型，參數C10，C01分別為：C10=1.2,C01=-0.33，取泊松比μ=0.5，橡膠模型采用C3D8H雜交單元[9,10]。

2 數值模擬及結果分析

2.1 加載制度

模擬時，梁端利用位移進行控制，其加載位置為距梁自由端50 mm處。經ABAQUS有限元模擬分析，該節點模型的屈服位移約為5 mm。加載時，幅值2 mm循環一次，5 mm,10 mm，15 mm,20 mm,25 mm,30 mm,35 mm各循環三次，40 mm循環一次，加載至預應力筋屈服。

2.2 節點耗能分析

為研究橡膠墊塊厚度參數的變化對此新型節點抗震性能的影響進行有限元模擬分析，得出對應于橡膠厚度變化、角鋼強度變化及預應力筋初始預應力值變化的三組試件的耗能性能。本文擬采用等效粘滯阻尼系數(he)來評價構件的耗能能力。等效粘滯阻尼系數(he)有如下特征：等效粘滯阻尼系數(he)越大，則表示滯回曲線越飽滿，耗能性能越好；等效粘滯阻尼系數(he)越小，則表示滯回曲線越不飽滿，耗能性能越差。經計算得到的節點等效粘滯阻尼系數(he)如圖2所示。

對于第一組節點，不同厚度橡膠墊塊的JD1,JD2和JD5，隨著橡膠墊塊厚度的增大，節點變形能力增強，進而使得節點耗能系數增大；對于第二組節點，不同初始預應力值的JD2,JD3和JD4，初始預應力值的提高，提高了節點的承載力，進而使得節點耗能性能提高，耗能系數增大；對于第三組節點，不同強度角鋼的JD5,JD6和JD7，隨著節點連接部位角鋼強度增加，節點的抗彎能力亦得到一定加強，進而使得節點的變形能力減弱，耗能系數略有減小。

3 結語

在一定范圍內，角鋼強度對新型節點的耗能能力、承載力影響較??；橡膠墊塊厚度及預應力筋初始預應力的變化在一定范圍內對改善新型節點的承載力、耗能能力等抗震性能影響明顯；因此橡膠墊塊厚度及預應力筋的初始預應力值是在改進此節點工作性能時需重點考慮的關鍵因素。