摘要：随着建筑产业化的推进，装配式建筑因其节能高效成为建筑业发展新方向。为加强该种建筑形式下节点构造的便捷性及关键部位稳定性，在结合型钢混凝土延性及承载力优势的前提下，提出一种新型装配式混凝土梁柱干式节点。节点采用螺栓连接，节点处采用型钢暗牛腿承载梁端压力。研究根据实验数据，基于ABAQUS有限元软件对节点多项参数进行力学性能分析，得出承载力位移曲线图，验证节点的可行性。
关键词：装配式；节点；力学性能
Research on Mechanical Properties of a New Type of Assembled Concrete Beam-column Dry-type Joint
LiYaping1，ChenGuoping1
School of Civil Engineering and Architecture，Southwest University of Science and Technology，Mianyang，Sichuan，China，621010）
Abstract：With the advancement of building industrialization，prefabricated buildings have become a new direction for the development of the construction industry due to their energy-saving efficiency.In order to strengthen the convenience of the node construction and the stability of the key parts of the building，a new type of prefabricated concrete beam-column dry joints is proposed on the premise of the advantages of the ductility and bearing capacity of the steel reinforced concrete.The nodes are bolted，and the steel dark legs are used to carry the beam end pressure at the nodes.Based on the experimental data，based on the ABAQUS finite element software，the mechanical properties of the nodal points were analyzed，the bearing capacity displacement curves were obtained，and the feasibility of the nodes was verified.
Keywords：assembly type；joints；mechanical properties
0引言1
同传统结构相似，装配式混凝土梁柱节点中柱子承担竖向荷载、弯矩以及剪力，节点两端梁承担弯矩及剪力，因节点受力情况复杂成为影响整体结构的关键部位。因此，要提高装配式建筑的稳定性则需要重点研究节点的承载力等各项性能。从国内外研究发现，目前装配式建筑大致分为三种：第一种为钢筋混凝土结构，在节点区采用部分后浇连接其性能与整体现浇结构相较区别不大[1-2]；第二种仍然为钢筋混凝土结构，但混凝土采用高性能混凝土，此种结构在节点性能上有较大提高，但是钢纤维等高性能混凝土材料造价较高[3]；第三种则将传统的钢筋改为钢骨架，节点连接处采用钢板或型钢，此种连接节点延性及承载力均有较大提高[4]。
基于以上研究及应用状况的考虑，本文提出一种新型装配式梁柱节点。此种节点连接处为柱中H型钢与梁内L型钢通过腹板的孔洞采用螺栓连接。在实验的基础上，通过有限元软件ABAQUS文中详细论述了以实验为基础的荷载作用下节点的破坏形态、承载力退化等多项性能。
1 节点模型设计
1.1模型构造：模型为钢筋混凝土型钢梁柱节点，模拟软件采用ABAQUS13.0。混凝土采用C3D8R单元，钢筋采用T3D2桁架单元，混凝土本构采用损伤塑性模型，钢筋采用弹塑性模型。
结构柱高度为2520mm，梁跨度为2550。柱截面为400mm×400mm，梁截面为300mm×500mm。（图1.1、1.2）结构中混凝土采用C30混凝土，梁柱纵筋均采用d=20mm的HRB400钢筋，箍筋采用d=10mm的HPB300钢筋。节点连接处采用L型钢与H型钢通过螺栓连接。结构中混凝土的本构模型采用我国《混凝土结构设计规范》（GB50010一2002）应力一应变关系曲线[5-6]。型钢混凝土结构中的型钢和可以看作是理想的弹塑性材料。考虑混凝土开裂强度为2MP，钢筋的弹性模量取2.06X10^5（N/mm²），泊松比为0.3。
图1.1构件构造图
图1.2构件三维示意图
1.2材料本构关系
表1-1 C30混凝土物理性能表
立方体抗压强度fcu，k（Mpa）轴心抗压强度fck（Mpa）轴心抗拉强度ftk（Mpa）泊松比Ec（Mpa）
33.522.42.4930904
根据实验材料设定模拟各项单元本构关系如下：
表1-2 钢材物理性能表
钢筋型号位置直径D
mm屈服强度
fyk
Mpa极限强度fstk
Mpa弹性模量Es
Mpa剪切模量
G（Mpa）
HRB400梁/柱纵筋204486132.1*10^5
HPB300箍筋103094802.0*10^5
Q235钢板（型钢）2954402.06*10^57.9*104
1.3加载方式及边界条件：约束柱下端x， y， z三个方向的位移，并约束柱上端x方向的位移。采用位移加载的方式，反对称施加于梁两端，模型分析类型为静力分析，打开自动时间步长选项，选定收敛准则为力收敛准则。
2 模拟结果分析：通过模拟此种新型装配式梁柱节点，在多次对结构多项参数进行优化后，得到了相对适宜的结构形式。从结构承载力上分析，对节点处不同型钢暗牛腿长度（200mm/250mm/300mm），L型钢尺寸（400mm/600mm/800mm），箍筋加密间隔（100mm，核心区50mm），进行了模拟。得到承载力-位移曲线对比图如下：
Fig.2.1 Length displacement and bearing capacity of dark bull legs of different H-type steel
图2.1 不同H型钢暗牛腿长度位移-承载力图
Figure 2.2 Length displacement of different L-type steels-load bearing attempt
图2.2 不同L型钢长度位移-承载力图
Fig 2.3 spacing displacement of different banded encryption zones-load bearing attempt
图2.3 不同箍筋加密区间距位移-承载力图
以工程实际及初步实验为基础，对比现有现浇体系。结果如下：
Figure 2.4 Stress cloud diagram of a composite beam column node
图2.4 装配式梁柱节点应力云图
表2-1屈服荷载值对比分析表
试件结果（KN）
装配式节点186.6
现浇节点217
3 模拟结果分析
通过对新型节点不同参数对比模拟发现：
1.节点暗牛腿部分H型钢长度宜采用200mm，可达到172KN承载力。
2.连接处L型钢800mm承载力达136.5KN，600mm承载力为131.2KN，考虑材料经济，梁中L型钢长度宜采用600mm。
3.节点核心区箍筋加密对结构承载力影响巨大，加密区需按要求加密为间距50mm。
最终模拟结果显示，新型装配式梁柱节点在承载力上可达到同等现浇结构承载力的86%，并且此种装配式结构采用螺栓连接，避免湿作业，加强了建筑产业化。
参考文献：
[1]王建.套筒浆锚连接钢筋混凝土柱 抗震性能试验研究[D].西安建筑科技大学，2013
[2]李世达.预制混凝土框架柱及节点抗 震性能试验研究[D].哈尔滨工业大学，2013.
[3]Marco Breccolotti，Santino Gentile，Mauro Tommasini，Engineering Structures[J]，Volume 127，15 November 2016，Pages 129-144
[4]高向玲，徐龙标，李杰，曹杨.装配式混凝土梁柱节点试验及受力性能分析[J].华中科技大学学报（自然科学版），2016，（10）：47-52.
作者简介：李亚萍（1991-），西南科技大学土建学院硕士研究生 研究方向：结构工程
论文作者:李亚萍,陈国平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/24
标签：节点论文; 梁柱论文; 型钢论文; 承载力论文; 混凝土论文; 结构论文; 位移论文; 《基层建设》2019年第3期论文;