一种新型钢骨梁柱节点性能研究★

申彦利 王雪琪

(河北工程大学,河北 邯郸 056038)

0 引言

装配式钢结构，作为一种全寿命周期内的绿色建筑，具有强度较高、自重较轻、环保、可循环利用等特点，契合建筑工业化发展的大趋势。

目前钢框架梁柱节点的优化方案主要包括：1)梁端加腋及肋板加强等的梁截面局部加强式节点;2)腹板削弱及翼缘削弱的梁截面局部削弱式节点;3)摩擦转动型及金属转动型的转动型耗能节点[18]。本文提出一种新型钢节点，能够较好的实现节点耗能且有一定自复位性能，有较好抗震性能且适用于装配式结构。为研究该新型节点的受力特性、破坏机理以及抗震性能，运用有限元分析软件ABAQUS进行了数值建模分析。

1 节点设计

1.1 节点概况

柱为十字形焊接钢骨bz×hz×ts:50 mm×100 mm×12 mm，梁为工字形焊接钢骨，截面bs×hs×ts:60 mm×120 mm×12 mm。钢骨采用的钢材材质是Q345，焊接选用J422型焊条手工焊接，焊缝类型均为角焊缝。连接区的转换钢板厚度10 mm；角钢厚度为4 mm;螺栓采用20MnTi钢M12，其屈服强度为940 MPa，抗拉强度为1 040 MPa。预应力筋采用中强度预应力钢丝，直径为7 mm，屈服强度为980 MPa，见图1。

1.2 节点模型主要参数

针对梁上连接部位角钢强度、预应力筋初始预应力、橡胶厚度三个参数，共设计了7个相似比例为1∶2的节点，如表1所示。

本文采用有限元软件ABAQUS中自带的Mooney-Rivlin模型，参数C10，C01分别为：C10=1.2,C01=-0.33，取泊松比μ=0.5，橡胶模型采用C3D8H杂交单元[9,10]。

2 数值模拟及结果分析

2.1 加载制度

模拟时，梁端利用位移进行控制，其加载位置为距梁自由端50 mm处。经ABAQUS有限元模拟分析，该节点模型的屈服位移约为5 mm。加载时，幅值2 mm循环一次，5 mm,10 mm，15 mm,20 mm,25 mm,30 mm,35 mm各循环三次，40 mm循环一次，加载至预应力筋屈服。

2.2 节点耗能分析

为研究橡胶垫块厚度参数的变化对此新型节点抗震性能的影响进行有限元模拟分析，得出对应于橡胶厚度变化、角钢强度变化及预应力筋初始预应力值变化的三组试件的耗能性能。本文拟采用等效粘滞阻尼系数(he)来评价构件的耗能能力。等效粘滞阻尼系数(he)有如下特征：等效粘滞阻尼系数(he)越大，则表示滞回曲线越饱满，耗能性能越好；等效粘滞阻尼系数(he)越小，则表示滞回曲线越不饱满，耗能性能越差。经计算得到的节点等效粘滞阻尼系数(he)如图2所示。

对于第一组节点，不同厚度橡胶垫块的JD1,JD2和JD5，随着橡胶垫块厚度的增大，节点变形能力增强，进而使得节点耗能系数增大；对于第二组节点，不同初始预应力值的JD2,JD3和JD4，初始预应力值的提高，提高了节点的承载力，进而使得节点耗能性能提高，耗能系数增大；对于第三组节点，不同强度角钢的JD5,JD6和JD7，随着节点连接部位角钢强度增加，节点的抗弯能力亦得到一定加强，进而使得节点的变形能力减弱，耗能系数略有减小。

3 结语

在一定范围内，角钢强度对新型节点的耗能能力、承载力影响较小；橡胶垫块厚度及预应力筋初始预应力的变化在一定范围内对改善新型节点的承载力、耗能能力等抗震性能影响明显；因此橡胶垫块厚度及预应力筋的初始预应力值是在改进此节点工作性能时需重点考虑的关键因素。