申彥利 王雪琪

(河北工程大學(xué),河北 邯鄲 056038)

0 引言

裝配式鋼結(jié)構(gòu)，作為一種全壽命周期內(nèi)的綠色建筑，具有強(qiáng)度較高、自重較輕、環(huán)保、可循環(huán)利用等特點(diǎn)，契合建筑工業(yè)化發(fā)展的大趨勢。

目前鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化方案主要包括：1)梁端加腋及肋板加強(qiáng)等的梁截面局部加強(qiáng)式節(jié)點(diǎn);2)腹板削弱及翼緣削弱的梁截面局部削弱式節(jié)點(diǎn);3)摩擦轉(zhuǎn)動型及金屬轉(zhuǎn)動型的轉(zhuǎn)動型耗能節(jié)點(diǎn)[18]。本文提出一種新型鋼節(jié)點(diǎn)，能夠較好的實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)耗能且有一定自復(fù)位性能，有較好抗震性能且適用于裝配式結(jié)構(gòu)。為研究該新型節(jié)點(diǎn)的受力特性、破壞機(jī)理以及抗震性能，運(yùn)用有限元分析軟件ABAQUS進(jìn)行了數(shù)值建模分析。

1 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

1.1 節(jié)點(diǎn)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(zhì)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(qū)的轉(zhuǎn)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(qiáng)度為940 MPa，抗拉強(qiáng)度為1 040 MPa。預(yù)應(yīng)力筋采用中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲，直徑為7 mm，屈服強(qiáng)度為980 MPa，見圖1。

1.2 節(jié)點(diǎn)模型主要參數(shù)

針對梁上連接部位角鋼強(qiáng)度、預(yù)應(yīng)力筋初始預(yù)應(yīng)力、橡膠厚度三個參數(shù)，共設(shè)計(jì)了7個相似比例為1∶2的節(jié)點(diǎn)，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(shù)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(shù)值模擬及結(jié)果分析

2.1 加載制度

模擬時，梁端利用位移進(jìn)行控制，其加載位置為距梁自由端50 mm處。經(jīng)ABAQUS有限元模擬分析，該節(jié)點(diǎn)模型的屈服位移約為5 mm。加載時，幅值2 mm循環(huán)一次，5 mm,10 mm，15 mm,20 mm,25 mm,30 mm,35 mm各循環(huán)三次，40 mm循環(huán)一次，加載至預(yù)應(yīng)力筋屈服。

2.2 節(jié)點(diǎn)耗能分析

為研究橡膠墊塊厚度參數(shù)的變化對此新型節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響進(jìn)行有限元模擬分析，得出對應(yīng)于橡膠厚度變化、角鋼強(qiáng)度變化及預(yù)應(yīng)力筋初始預(yù)應(yīng)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(shù)(he)來評價構(gòu)件的耗能能力。等效粘滯阻尼系數(shù)(he)有如下特征：等效粘滯阻尼系數(shù)(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(shù)(he)越小，則表示滯回曲線越不飽滿，耗能性能越差。經(jīng)計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)等效粘滯阻尼系數(shù)(he)如圖2所示。

對于第一組節(jié)點(diǎn)，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(jié)點(diǎn)變形能力增強(qiáng)，進(jìn)而使得節(jié)點(diǎn)耗能系數(shù)增大；對于第二組節(jié)點(diǎn)，不同初始預(yù)應(yīng)力值的JD2,JD3和JD4，初始預(yù)應(yīng)力值的提高，提高了節(jié)點(diǎn)的承載力，進(jìn)而使得節(jié)點(diǎn)耗能性能提高，耗能系數(shù)增大；對于第三組節(jié)點(diǎn)，不同強(qiáng)度角鋼的JD5,JD6和JD7，隨著節(jié)點(diǎn)連接部位角鋼強(qiáng)度增加，節(jié)點(diǎn)的抗彎能力亦得到一定加強(qiáng)，進(jìn)而使得節(jié)點(diǎn)的變形能力減弱，耗能系數(shù)略有減小。

3 結(jié)語

在一定范圍內(nèi)，角鋼強(qiáng)度對新型節(jié)點(diǎn)的耗能能力、承載力影響較??；橡膠墊塊厚度及預(yù)應(yīng)力筋初始預(yù)應(yīng)力的變化在一定范圍內(nèi)對改善新型節(jié)點(diǎn)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(yù)應(yīng)力筋的初始預(yù)應(yīng)力值是在改進(jìn)此節(jié)點(diǎn)工作性能時需重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵因素。