轻钢结构加层中新型节点抗震性能试验研究
装配式钢筋混凝土柱—钢梁框架节点抗震性能试验研究
装配式钢筋混凝土柱—钢梁框架节点抗震性能试验研究【摘要】通过对4个1/2比例的装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架节点在低周往复荷载作用之下所产生的变化进行了实验，并且对节点区域内加劲腹板厚度和开孔这两者之间的影响，深入的研究了该新型节点所实际连接构造的受力性能以及装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架部分结合后的抗震性能。
将实验的结果作为对试件破坏特征以及滞回性能变形所组合而成的结构进行了深入的分析。
【关键词】装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架；钢筋混凝土柱-钢梁混合节点；节点构造；拟静力试验；抗震性能0.引言钢筋混凝土柱-钢梁混合结构体系从其结构上来看，该结构体系有着自重轻、施工便捷、跨度较大等特性，有着极为良好的抗震性能，即便是震后也有着较高的修复性，该结构主要是通过以下几点来实现：①使用强度较高的箍筋来约束RC柱体，以此来提高RC柱体自身的抗震性能；②利用科学合理的方式来控制钢梁自身的承载能力，并且通过消弱的梁端的方式来对构造进行处理，以保持梁端能够在强震的作用之下形成塑性铰，最大限度的消耗地震对结构所作用的能量；③研发更为有效的节点构造来实现“强节点”的高规格抗震建造要求；④使用具有替代连接构造性能的梁钢，以便受损之后能够及时进行修复。
1.试验概况本篇文章主要是通过4个最新研发的新型装配式RCS框架节点来进行低周往复加载实验，通过该实验方式来研究装配式RCS框架节点在地震灾害中的抗震性能以及其节点本身在结构上的受力性能，利用实验数据来作为新型装配式RCS节点来作为实际应用过程中的应用依据。
1.1试件设计及制作试件节点自身主要是由柱体表面壁板、水平加劲肋以及加劲腹板这三者来组合而成的钢板桶，并且在钢桶的内部注入混凝土，无需在其中再添加箍筋，最后利用事先预埋的高强度螺丝来与钢梁相连接。
该试件的钢桶以及钢梁都是在加工工厂事先加工完成，再将成品直接运送到施工现场进行施工。
为了能够在一定程度上降低节点强度，以便能够更为便捷的观测节点区域内的混凝土开裂现象，通常都是使用条带板以及柱面壁板来焊接而成。
新型装配式剪力墙抗震性能数值模拟与起滑荷载分析
第50 卷第 3 期2023年3 月Vol.50，No.3Mar. 2023湖南大学学报（自然科学版）Journal of Hunan University（Natural Sciences）新型装配式剪力墙抗震性能数值模拟与起滑荷载分析樊禹江1，2†，黄欢欢1，廖凯2，丁佳雄2，葛俊2（1.长安大学建筑学院，陕西西安 710061；2.长安大学建筑工程学院，陕西西安 710061）摘要：为增强装配式剪力墙的耗能能力，提高其施工效益，提出一种具有摩擦抗剪与耗能功能的新型装配式剪力墙结构，并进行了抗震性能试验. 为弥补试件数量不足以及精确确定最优起滑荷载的设计需求，结合新型装配式剪力墙抗震性能试验结果，探讨相应高精度有限元模型建立方法，并进行多参数结构抗震性能影响分析. 最后，基于有限元分析结果和新型装配式剪力墙工作原理，确定最优起滑荷载. 研究结果表明：所提出的新型装配式剪力墙具有良好的滞回耗能能力；螺栓预紧力、钢材摩擦因数、螺栓总距等对结构抗震性能影响显著，应作为相应结构设计的主要参数，竖向荷载、钢板厚度、钢材弹性模量影响较小，可以忽略不计；当起滑荷载设定为墙体屈服荷载时，结构模型耗能达到峰值，同时耗能系数开始明显降低，因而将结构的最优起滑荷载确定为屈服荷载.关键词：装配式结构；抗震性能；有限元模拟；摩擦滑移；屈服荷载中图分类号：TU398. 2 文献标志码：ANumerical Simulation on Seismic Performance of New Prefabricated ShearWalls and Slip Load AnalysisFAN Yujiang1，2†，HUANG Huanhuan1，LIAO Kai2，DING Jiaxiong2，GE Jun2（1. School of Architecture， Chang’an University， Xi’ an 710061， China；2. School of Civil Engineering， Chang’an University， Xi’an 710061， China）Abstract：To improve the energy dissipation capacity and construction benefit of prefabricated shear walls， a new type of prefabricated shear wall structure with the function of friction shear resistance and energy dissipation was proposed， and the seismic performance tests were carried out. To make up for the insufficient quantity of specimens and accurately determine the design requirements of the optimal slip load，based on the seismic performance test results of the proposed structure， this paper discussed the establishment method of the corresponding high-precision finite element model. The multi-parameter analysis of structural seismic performance was carried on. At last， based on the finite element analysis results and the working principle of the new prefabricated shear wall， the optimal slip load was determined. The results show that the proposed new prefabricated shear wall has good hysteretic energy dissipation capacity. Bolt preload， steel friction coefficient and total bolt distance have significant effect on the seismic performance of the structure， and they can be used as the main design parameters of the structure. Vertical load，∗收稿日期：2021-12-20基金项目：国家自然科学基金资助项目（51808046）， National Natural Science Foundation of China（51808046）作者简介：樊禹江（1987—），男，陕西西安人，长安大学副教授† 通信联系人，E-mail：*********************文章编号：1674-2974（2023）03-0041-10DOI：10. 16339/j. cnki. hdxbzkb.2023029湖南大学学报（自然科学版）2023 年steel plate thickness and steel elastic modulus have little effects and can be ignored. When the slip load is set as the yield load of the wall， the energy dissipation value of the structure model reaches the peak， and the energy dissipation coefficient begins to decrease significantly. Therefore， the yield load of the wall can be determined as the optimal slip load of the structure.Key words：prefabricated construction；seismic performance；finite element analysis；sliding friction；yield load不同于现浇混凝土结构，装配式建筑具有效率高、污染小、经济效益好等特点，更适应当代社会的需求. 同时，国家对于装配式建筑的大力推广使得国内学者对装配式结构进行了更加深入的研究［1-3］. 其中，装配式连接方法和耗能阻尼装置在装配式结构中的应用已经成为目前的研究热点［4-5］. Henin等［6］提出一种新型钢筋连接套筒灌浆接头，并应用于装配式混凝土构件中. 通过试验对比发现，所设计的钢筋套筒灌浆接头具有良好的力学性能与可靠性.Vaghei 等［7］对所设计的预制混凝土墙体不同竖向连接方法进行了数值模拟，结果表明，预埋钢板螺栓连接试件具有更强的耗能能力. 潘广斌等［8］提出一种采用冷挤压套筒钢筋连接方式的装配式剪力墙构造形式并进行了拟静力试验，结果表明，该连接方法能够有效传递钢筋拉压力，采用该连接形式的装配式剪力墙具有良好的抗震性能. 苗欣蔚等［9］提出一种螺栓连接的全装配式剪力墙水平缝连接方法，开展了5榀试件的单调加载试验，结果表明，该连接方案有效提高了结构变形能力，试件的极限位移角达1/25时仍保持较高的承载力. 孙建等［10］设计出采用螺栓连接的工字形装配式剪力墙并进一步研究了其受力与抗震性能，结果表明，高强螺栓与墙体内嵌边框改善了剪力墙的耗能与延性性能. 徐龙河等［11-13］针对剪力墙受压区易成铰的特点，利用提出的碟簧装置对剪力墙墙脚加以替换，进一步减小了剪力墙的震后损伤，同时实现结构耗能性能的提升. 张偲严等［14］将提出的基于杠杆原理放大变形耗能阻尼器连接于预制装配式剪力墙结构并进行了数值分析，模拟结果表明，相较采用等同现浇的模型，阻尼器连接的结构抗震性能提升显著.本文基于课题组提出的新型装配式剪力墙结构，拟实现结构中小型地震作用下摩擦抗剪抵御水平荷载；在较大地震作用下，上部墙体与水平装置发生相对转动，实现摩擦耗能的功能. 为此，本文结合课题组所作新型装配式剪力墙抗震性能试验结果，探讨了相应结构高精度有限元模型建立方法，并进行多参数结构抗震性能影响分析；最后，基于有限元分析结果，结合新型装配式剪力墙结构工作原理，确定了相应的起滑荷载.1 设计构造新型装配式剪力墙构造设计如图1所示，其中箱形钢、下部槽钢、通长高强螺栓等部件组成水平连接装置［见图1（a）］，钢筋混凝土墙体与水平连接装置构成新型装配式剪力墙［见图1（b）］. 为保证墙身与箱形钢的整体连接效果，在箱形钢表面预焊锚固短筋，再与墙体钢筋网架端部焊接连接. 上部整体（墙体+箱形钢）与下部槽钢由钢垫片、通长高强螺栓连接，最后通过施加预紧力实现整体装配. 具体工作原理如下：阶段Ⅰ，当墙体遭受中小型地震时，下部连接装置依靠静摩擦抗剪，抵御水平荷载；阶段Ⅱ，在较大地震作用下，上部整体与下部槽钢板发生相对滑动摩擦，进而消耗地震能量；阶段Ⅲ，上部装置转动至下部槽钢螺孔限位后，水平荷载由墙体和水平连接装置共同承担.2 有限元模拟针对剪力墙的3个工作阶段，课题组设计了相应加载制度并进行了拟静力试验［15］.试验加载如图2所示，本文仅针对新型装配式剪力墙工作阶段Ⅰ和阶段Ⅱ的摩擦抗剪、滑移和耗能进行深入研究.因此，基于加载阶段A［见图2（a）］的试验结果，采用ANSYS软件进行分析.具体共建立两个墙体模型与试验结果进行对比验证，编号为XZ-1、XZ-2. 其中，模型XZ-1采用3颗12.9级高强螺栓，螺栓总距为900 mm（各螺栓到装置中心距离为1×0 mm、2×450 mm），螺栓直径为30 mm；模型XZ-2采用5颗10. 9级高强螺栓，螺栓总距为1 500 mm（各螺栓到装42第 3 期樊禹江等：新型装配式剪力墙抗震性能数值模拟与起滑荷载分析置中心距离为1×0 mm 、2×250 mm 、2×500 mm ），螺栓直径为30 mm. 装置中心螺孔均为直径33 mm 的圆形孔，其余位置螺孔依据其与中心螺孔距离，设置宽度为33 mm ，±2 °的圆弧形螺孔滑道. 墙体及水平装置相关建模参数见表1，模型XZ-1几何尺寸及配筋方案（XZ-2与XZ-1配筋相同）见图3.整体采用分离式建模方法，相关材料属性依据试验实测［15］确定. 混凝土本构关系采用《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）［16］中建议的曲线，钢材本构关系采用有屈服台阶的两线段模型. 为模拟上部墙体与箱形钢之间的固定连接，设置剪力墙下端部钢筋单元均与箱形钢实体单元共用节点的形式. 剪力墙所受竖向荷载根据设计轴压比（见表1）计算确定，水平加载工况与试验加载阶段A 一致，即控制水平位移为15 mm ，以20 kN 为荷载增量对高强螺栓施加110 ~250 kN 共8级预紧力，在每级预紧力工况下，位移往复循环3次. 对于螺栓预紧力采用预紧单元PRETS179进行模拟. 试验中钢板接触面粗糙程度并不均匀，在模拟时不断调整应力较为集中的螺孔局部接触面的摩擦因数，并对比试验数据确保精度要求. 建立的典型试件XZ-1的有限元模型如图4所示.2. 1 模拟结果分析模拟得到典型试件XZ-1的墙体应力云图和螺栓应力云图如图5所示. 可以发现，剪力墙在靠近中（a ）水平连接装置（b ）新型装配式剪力墙图1 新型装配式剪力墙构造设计Fig. 1 Structural design of new prefabricated shear wall（a ）加载制度（b ）加载现场图2 试验加载Fig. 2 Test setup 图3 尺寸及配筋详图（单位：mm ）Fig. 3 Dimension and steel detailing of specimens （unit ：mm ）表1 试件设计参数Tab. 1 Main design parameters of the model模型编号XZ-1XZ-2墙体尺寸/mm 1 300×160×1 8201 300×160×1 820摩擦因数0. 190. 19螺栓总距/mm9001 500轴压比0. 250. 2543湖南大学学报（自然科学版）2023 年心螺栓部位应力达到峰值，并沿周围逐渐减弱. 在摩擦滑移时，剪力墙两侧受拉区和受压区区分明显，但应力差距不大，总体处于较低的应力水平，说明剪力墙的损伤较小，这与预期一致.3颗螺栓在初始状态和水平位移加载过程中始终表现为拉-剪受力状态，这是竖向荷载、预紧力和螺孔容差共同作用的结果. 同时，3颗螺栓均满足强度设计要求，其连接性能可靠.模拟得到2组模型在各级预紧力工况下（F N ）的荷载-位移（P -∆）曲线结果与试验结果对比如图6（a ）（b ）（d ）（e ）所示，可以发现，模拟所得曲线变化 规律与试验结果基本一致，各特征点吻合较好.试 件XZ-1在试验和模拟加载中均未出现开裂，试 件XZ-2试验开裂出现在预紧力为190 kN 、位移为12.55 mm 时，试验开裂荷载为103. 57 kN. 模拟开裂出现在预紧力为170 kN 、位移为15 mm 时，模拟开裂荷载为96. 27 kN ，与试验结果相比，开裂荷载误差为7.05%，表明吻合程度较好. 针对所得滞回曲线进行分析：各阶段曲线均大致呈“方形”，相较传统剪力墙滞回曲线［17］，明显多出一水平滞回段，因而滞回面积明显增大，表明新型装配式剪力墙耗能能力高于普通剪力墙. 同时随着螺栓预紧力增大，墙体水平段荷载及曲线滞回面积均呈增大趋势. 结构摩擦抗剪承载力（F ）取同一预紧力工况下位移循环3次结果的平均值，将其与试验结果相比，二者误差均小于3%［如图6（c ）（f ）所示］，表明所建新型装配式剪力墙有限元模型能够较为准确地模拟其在水平荷载作用下各阶段的受力特点，可以用于下文理论分析.2. 2 变参模拟基于前述所建新型装配式剪力墙有限元模型，对其进行多参数结构抗震性能分析，所建模型均依次完成15 mm 、20 mm 、25 mm 位移等幅循环加载. 选取的参数为预紧力F N 、摩擦因数μ、螺栓总距∑L 、竖向荷载N 、钢板厚度D 和弹性模量E . 2. 2. 1 螺栓预紧力依据现场试验结果发现，螺栓预紧力对新型装配式剪力墙抗震性能具有较为明显的影响. 模拟时所采用的预紧力模拟工况如表2所示，所得结果如图7所示. 由图7（a ）可知，模拟所得滞回曲线饱满，表明结构具有良好的耗能效果，且随着预紧力的增大，滞回面积亦逐渐增大.由图7（b ）可知，结构摩擦抗剪承载力与预紧力基本呈正比关系，拟合结果如式（1）所示，在模拟工况范围内摩擦抗剪承载力从61.75 kN 增大到139.29 kN ，增长了125.57%.F =0.693+0.555F N .（1）2. 2. 2 摩擦因数钢材摩擦因数直接影响钢板间摩擦力的大小，试验及模拟结果均表明，结构在转动过程中钢板间动摩擦力与静摩擦力间存在交替转变. 为简化分析，仅考虑钢材动摩擦因数为研究对象，摩擦因数模 拟工况如表3所示，所得结果如图8所示. 结构摩擦抗剪承载力与钢材摩擦因数基本呈正比关系，拟合图5 典型试件XZ-1应力云图Fig. 5 Stress cloud diagram of model XZ-1图4 模型XZ-1有限元模拟Fig. 4 Numerical simulation of model XZ-144第 3 期樊禹江等：新型装配式剪力墙抗震性能数值模拟与起滑荷载分析结果见式（2），在模拟范围内从61.75 kN 增大到128.67 kN ，增大了108.3%.同时，结构滞回面积亦随钢材摩擦因数增大而增大.F =0.944+318.582μ. （2）2. 2. 3 螺栓总距螺栓总距反映结构相对转动时钢板间摩擦路径长度，直接影响结构耗能性能.所建模型的螺栓布置方案如表4所示，螺栓总距依次为900 mm 、1 100 mm 、1 500 mm 、1 900 mm. 模拟结果如图9所示，在结构相对转动过程中墙体所受水平荷载保持稳定，结构摩擦抗剪承载力与螺栓总距基本呈正比关系，拟合结果如式（3）所示，在模拟工况范围内从36.89 kN 增大到77.39 kN ，增长了109. 79%.F =0.158+40.696×10-3∑L .（3）2. 2. 4 竖向荷载基于结构轴压比设计分别模拟在竖向荷载为0 kN 、371. 4 kN 、619. 7 kN 、734. 1 kN 时新型装配式剪力墙的滞回性能，模拟工况见表5.模拟结果如图10（a ）荷载-位移曲线（b ）拟合曲线图7 预紧力的影响Fig. 7 Numerical results of different preloads表2 预紧力工况Tab. 2 Working condition of preloads编号SJ-1SJ-2SJ-3SJ-4F N /kN 110150210250μ0.190.190.190.19∑L /mm 1 5001 5001 5001 500N /kN 619.7619.7619.7619.7D /mm 20202020E /（105MPa ）2.102.102.102.10注：表中各模型螺栓总距设置为1 500 mm 时，其布置方案均与模型XZ-2一致.（a ）XZ-1模拟数据 （b ）XZ-1试验数据 （c ）XZ-1拟合曲线（d ）XZ-2模拟数据 （e ）XZ-2试验数据 （f ）XZ-2拟合曲线图6 模拟与试验结果对比Fig. 6 Comparison of simulation and test results45湖南大学学报（自然科学版）2023 年所示，在模拟范围内结构滞回性能无明显变化，结构摩擦抗剪承载力随竖向荷载增加有一定增长，但不明显，在上述模拟过程中，摩擦抗剪承载力从60. 33 kN 增大到62. 01 kN ，增大了2. 78%.2. 2. 5 钢板厚度建立钢板厚度分别为10 mm 、15 mm 、20 mm 、25 mm 的新型装配式剪力墙模型，模拟工况如表6所示，模拟结果如图11所示.可以发现，结构摩擦抗剪承载力随着钢板厚度增大而减小，在模拟范围内从67.67 kN 减小到55.33 kN ，降低了18.23%，曲线滞回面积同样呈减小趋势. 由此表明，钢板厚度的增大对结构抗震性能有一定削弱作用.（a ）荷载-位移曲线（b ）拟合曲线图9 螺栓总距的影响Fig. 9 Numerical results of different total bolt distances表4 螺栓总距工况Tab. 4 Working condition of total bolt distance编号SJ-9SJ-10SJ-11SJ-12F N /kN 110110110110μ0.190.190.190.19∑L /mm 9001 1001 5001 900N /kN 619.7619.7619.7619.7D /mm 20202020E /（105MPa ）2.102.102.102.10注：螺栓总距为900 mm 时，螺栓依次布置为1×0 mm 、2×450 mm ；螺栓总距为1 100 mm 时，螺栓布置依次为1×0 mm 、2×550 mm ；螺栓总距为1 900 mm 时，螺栓依次布置为1×0 mm 、2×400 mm 、2×550 mm.（a ）荷载-位移曲线（b ）拟合曲线图8 摩擦因数的影响Fig. 8 Numerical results of different friction coefficients表3 摩擦因数工况Tab. 3 Working condition of steel friction coefficient编号SJ-5SJ-6SJ-7SJ-8F N /kN 110110110110μ0. 190. 250. 300. 40∑L /mm 1 5001 5001 5001 500N /kN 619.7619.7619.7619.7D /mm 20202020E /（105MPa ）2.102.102.102.10表5 竖向荷载工况Tab. 5 Working condition of vertical loads编号SJ-13SJ-14SJ-15SJ-16F N /kN 110110110110μ0. 190. 190. 190. 19∑L /mm 1 5001 5001 5001 500N /kN 0371. 4619. 7734. 1D /mm 20202020E /（105MPa ）2. 102. 102. 102. 1046第 3 期樊禹江等：新型装配式剪力墙抗震性能数值模拟与起滑荷载分析2. 2. 6 钢材弹性模量常用的钢板弹性模量一般在1.95×105~2.10×105MPa 之间，本文分别对钢材弹性模量设置为1.95× 105MPa 、2.00×105MPa 、2. 06×105MPa 、2.10×105MPa的模型进行模拟，具体模拟参数如表7所示，结果如图12所示.结果表明，在模拟范围内，结构滞回性能几乎不变，结构摩擦抗剪承载力变化极小，从60.26 kN 降低到60.16 kN ，变化率仅为0.17%，因此其对结构抗震性能的影响可以忽略.根据上述多参数抗震性能有限元模拟结果可知，结构摩擦抗剪承载力与螺栓预紧力、钢材摩擦因数、螺栓总距均基本呈正比关系，竖向荷载、钢板厚度、钢材弹性模量对结构摩擦抗剪承载力影响较小.该现象符合经典库伦摩擦理论的一般规律，分析认为，墙体工作阶段Ⅱ的水平承载力主要表现为底部钢板间滑动摩擦力产生的转动阻力矩，而摩擦力大小本质上为钢板实际接触面上的法向压力与摩擦因数的乘积. 当其他条件不变仅增大摩擦因数时，摩擦力增大，因而承载力提高；当摩擦因数不变时，接触面法向压力是考虑螺孔周围钢板弹性变形后螺栓预紧力、钢板厚度和钢材弹性模量共同作用的结果；当其他条件不变仅增大竖向荷载时，墙体发生竖向初始滑移，螺杆剪应力增大，在设计强度内对螺栓拉应力无明显影响，因而对钢板接触面法向压力影响较小；当其他条件不变仅增大螺栓总距时，钢板间摩擦表6 钢板厚度工况Tab. 6 Working condition of steel plate thickness编号SJ-17SJ-18SJ-19SJ-20F N /kN 110110110110μ0. 190. 190. 190. 19∑L /mm 1 5001 5001 5001 500N /kN 0000D /mm 10152025E /（105MPa ）2. 102. 102. 102. 10表7 钢材弹性模量工况Tab. 7 Working condition of steel elastic modulus编号SJ-21SJ-22SJ-23SJ-24F N /kN 110110110110μ0. 190. 190. 190. 19∑L /mm 1 5001 5001 5001 500N /kN 0000D /mm 20202020E /（105MPa ）1. 952. 002. 062. 10（a ）荷载-位移曲线（b ）拟合曲线图11 钢板厚度的影响Fig. 11 Numerical results of different steel plate thicknesses（a ）荷载-位移曲线（b ）拟合曲线图10 竖向荷载的影响Fig. 10 Numerical results of different vertical loads47湖南大学学报（自然科学版）2023 年力和墙体转动力臂不变，而钢板间转动阻力臂增大，因而承载力提高.3 起滑荷载的确定针对提出的新型装配式剪力墙，预设最优的起滑荷载可以同时保证结构工作状态的稳定性和预期的抗震性能. 因而有必要研究不同起滑荷载对结构抗震性能的影响规律，具体依次设定墙体开裂荷载、开裂与屈服荷载中点、屈服荷载、峰值荷载为起滑荷载. 结合前述变参分析结果，以及课题组后续针对该新型装配式剪力墙摩擦抗剪实时可变功能的研发，本文仅通过调整螺栓预紧力进行结构起滑荷载设定的分析. 参照前述模型XZ-2进一步建立不同起滑荷载对比分析模型，根据墙体荷载特征点对应的起滑荷载确定螺栓预紧力，剪力墙尺寸、螺栓布置及钢筋配置均与XZ-2相同，钢材间摩擦因数调整为0. 3，其中模型主要设计参数如表8所示.对所建模型进行25 mm 位移等幅加载并循环三次，所得结果如表9，图13、图14所示.由图13可知，随着结构起滑荷载增大，曲线逐渐由“方形”向“梭形”发展，荷载水平段长度减小，荷载上升段与下降段发生明显变化，且该变化趋势在预设起滑荷载越大时越明显. 由此可知，随着预设起滑荷载的增大，墙体在开始转动时弹塑性变形明显（a ）荷载-位移曲线（b ）拟合曲线图12 钢材弹性模量的影响Fig. 12 Numerical results of different steel elastic modulus（a ）QH-1 （b ）QH-2（c ）QH-3 （d ）QH-4图13 不同起滑荷载的荷载-位移曲线Fig. 13 Load-displacement curves of different slip loads（a ）总耗能曲线 （b ）耗能系数曲线图14 耗能指标变化Fig. 14 Comparison of different energy dissipation indexes表9 耗能指标对比Tab. 9 Comparison of different dissipation indexes编号QH-1QH-2QH-3QH-4总耗能/J 8 302. 714 889. 918 258. 317 636. 3耗能系数3. 633. 272. 712. 29表8 设计参数Tab. 8 Design parameters of the model编号QH-1QH-2QH-3QH-4墙体尺寸/mm 1 300×160×1 8201 300×160×1 8201 300×160×1 8201 300×160×1 820μ0. 30. 30. 30. 3∑L /mm 1 5001 5001 5001 500N /kN 619. 7619. 7619. 7619. 7F N /kN 10821031135048第 3 期樊禹江等：新型装配式剪力墙抗震性能数值模拟与起滑荷载分析增大，结构通过相对转动使摩擦耗能的占比减小. 因而墙体在开始转动前的损伤状态对结构摩擦耗能效果有较大影响，结构起滑荷载不宜过大.根据模拟结果计算得到各模型总耗能值及耗能系数，其随预设起滑荷载的变化规律如图14所示. 结果表明，在墙体达到屈服荷载前，结构总耗能随预设起滑荷载增大而增大，当预设起滑荷载大于墙体屈服荷载后，结构总耗能由于墙体塑性损伤累积而呈下降趋势，结构总耗能峰值主要表现在墙体屈服荷载阶段. 结构耗能系数随预设起滑荷载增大而不断降低，在预设起滑荷载为屈服荷载后开始明显降低，并且在预设起滑荷载为峰值荷载时达到最低.由上述分析可知，针对新型装配式剪力墙起滑荷载的设定需同时考虑结构总耗能值、摩擦抗剪承载力、墙体损伤状态发展、摩擦耗能比等多个因素，综合上述模拟结果以及课题组有关新型装配式剪力墙现场试验数据［18］，确定将最优起滑荷载设定为墙体的屈服荷载.4 结论本文提出了一种满足规范各项要求，且能够实现摩擦耗能的新型装配式剪力墙结构，阐述了其工作特征与相关设计参数. 结合试验，针对该新型装配式剪力墙抗震性能进行了多参数分析，进而完成结构最优起滑荷载设定. 主要结论如下：1）基于ANSYS软件，建立了相应的新型装配式剪力墙有限元模型，通过典型试件模拟结果与试验结果的对比分析，验证所建模型能较准确地模拟新型装配式剪力墙在水平荷载作用下各阶段的受力行为，能够应用于结构多参数抗震性能的分析. 2）相较于传统剪力墙结构，新型装配式剪力墙具有更好的抗震性能，尤其是耗能能力明显增强. 3）针对剪力墙的工作阶段Ⅱ进行了多参数抗震性能分析，结果表明，螺栓预紧力、钢材摩擦因数、螺栓总距对结构抗震性能有较显著的影响，摩擦抗剪承载力与三者均基本呈正比关系，应将其作为结构设计的主要参数；竖向荷载、钢板厚度则影响较小，做精细化设计时，可将其设为修正参数；钢材弹性模量影响极小，可忽略不计.4）通过调整螺栓预紧力依次设定墙体开裂荷载、开裂与屈服荷载中点、屈服荷载、峰值荷载为起滑荷载，对所建模型进行抗震性能分析，结果表明：将结构起滑荷载预设为墙体屈服荷载时，结构整体抗震性能良好，结构总耗能达到峰值，之后便伴随着耗能系数的显著降低. 为使结构具有良好的抗震性能与工作性能，应将结构最优起滑荷载预设为墙体屈服荷载.5）研究内容明确了新型装配式剪力墙结构减震机理和一般规律，在此基础上，课题组拟针对高强螺栓连接部位布置智能伸缩材料，通过传感控制实现剪力墙在地震作用下自适应摩擦抗剪功能，完善其在高烈度地区推广应用的技术要求.参考文献［1］VOX G，BLANCO I，SCHETTINI E. 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Non-proprietary bar splice sleeve for precast concrete construction［J］. Engineering Structures，2015，83：154-162.［7］VAGHEI R，HEJAZI F，TAHERI H，et al. Development of a new connection for precast concrete walls subjected to cyclic loading［J］. Earthquake Engineering and Engineering Vibration，2017，16（1）：97-117.［8］潘广斌，蔡健，杨春，等. 冷挤压套筒连接RC装配式剪力墙抗震性能试验研究［J］. 建筑结构学报，2021，42（5）：111-120.PAN G B，CAI J，YANG C，et al. Experimental study on seismic49湖南大学学报（自然科学版）2023 年behavior of precast RC shear walls connected by extruding steelsleeves and rebars［J］. Journal of Building Structures，2021，42（5）：111-120. （in Chinese）［9］苗欣蔚，黄炜，胡高兴，等. 水平缝螺栓连接的全装配式复合墙体受力性能试验研究［J］. 湖南大学学报（自然科学版），2021，48（5）：19-28.MIAO X W，HUANG W，HU G X，et al. Experimental study onmechanical behavior of fully assembled composite wall with boltedconnection on horizontal joints［J］. Journal of Hunan University （Natural Sciences），2021，48（5）：19-28. （in Chinese）［10］孙建，邱洪兴，谭志成，等. 采用螺栓连接的工字形全装配式RC 剪力墙试验研究［J］. 工程力学，2018，35（8）：172-183.SUN J，QIU H X，TAN Z C，et al. Experimental study on i-shapedprecast reinforced concrete shear walls using bolted connections［J］. Engineering Mechanics，2018，35（8）：172-183. （in Chinese）［11］徐龙河，陈曦，肖水晶. 内置碟簧自复位钢筋混凝土剪力墙拟静力试验及损伤分析［J］. 建筑结构学报，2021，42（7）：56-64.XU L H，CHEN X，XIAO S J. Quasi-static test and damageanalysis on self-centering reinforced concrete shear wall with discspring devices［J］. Journal of Building Structures，2021，42（7）：56-64. （in Chinese）［12］徐龙河，张焱，肖水晶. 底部铰支自复位钢筋混凝土剪力墙设计与性能研究［J］. 工程力学，2020，37（6）：122-130.XU L H，ZHANG Y，XIAO S J. Design and behavior study onbottom hinged self-centering reinforced concrete shear wall［J］.Engineering Mechanics，2020，37（6）：122-130. （in Chinese）［13］徐龙河，肖水晶. 内置碟簧自复位混凝土剪力墙基于性能的截面设计方法［J］. 工程力学，2020，37（4）：70-77.XU L H，XIAO S J. 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Changsha：Hunan University，2017：26-32. （in Chinese）［18］谭赐. 新型装配式剪力墙摩擦抗剪及设计方法研究［D］. 西安：长安大学，2021：45-63.TAN C. Study on friction for resisting shear and design method ofnew prefabricated shear wall［D］. Xi’an：Chang’an University，2021：45-63. （in Chinese）50。
《钢结构》中高强度结构钢高强度螺栓摩擦型连接抗滑移系数取值的探讨
《钢结构》中高强度结构钢高强度螺栓摩擦型连接抗滑移系数取值的探讨朱立【摘要】在钢结构的设计中,节点是保证钢结构安全的重要环节,而高强度螺栓摩擦型连接是钢结构节点连接的重要形式,其具有连接紧密、受力性能稳定、耐疲劳、可拆换、安装简单以及承受动力荷载时不易松动的优点.高强度结构钢在工程中的推广和应用,对连接的设计和应用提出了新的要求,需要发展新的计算理论和方法,而抗滑移系数作为计算承载力最基本的参数,它的取值是否合适直接影响计算结果的精确程度.本文通过调研相关文献的最新研究成果探讨了高强度结构钢抗滑移系数的取值,为土木工程专业钢结构课程的教学和钢结构设计提供一些参考.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2019(000)008【总页数】2页(P164-165)【关键词】高强度结构钢;摩擦型连接;抗滑移系数【作者】朱立【作者单位】西南科技大学土木工程与建筑学院,四川绵阳 621010【正文语种】中文【中图分类】TU3910 引言随着建筑理念、结构计算方法以及施工安装技术的发展，高层、超高层以及大跨建筑钢结构日益增多，对建筑钢材的质量和性能提出了更加严格的要求。
新型高效、节能环保的高强度结构钢得到了大力发展，并在国内外建筑和桥梁等工程中得到了应用。
高强度结构钢的应用，可以有效减小构件的截面尺寸和结构自重，减小构件的最大板厚，同时还能降低焊接填充量，改善焊缝质量，使节点连接构造更加合理，还能改善结构的安全性。
GB 50017-2017《钢结构设计标准》中已收录Q460等级的高强度结构钢，并指出Q460钢材摩擦面的抗滑移系数取与Q420钢相同的0.45。
更高等级的高强度结构钢以及不同强度等级钢材之间的抗滑移系数的取值在相关规范和标准中并未提及，有学者已开展了研究并得到了可供参考的结果。
1 高强度结构钢抗滑移系数高强度螺栓摩擦型连接是通过被连接构件接触面之间的摩擦阻力来实现剪力的传递，以滑移作为承载力极限状态。
基于性能的高层建筑钢结构抗震设计研究3篇
基于性能的高层建筑钢结构抗震设计研究3篇基于性能的高层建筑钢结构抗震设计研究1随着现代城市化和人民生活水平提高，高层建筑的数量和高度有了显著的增长，其中不乏重要的政府和商业办公楼、酒店、购物中心甚至是住宅。
在高层建筑的设计中，抗震是一个至关重要的方面。
由于地震是一种毁灭性的自然灾害，会对建筑物造成巨大的破坏和人员伤亡。
然而，高层建筑地震设计是一项复杂而困难的工作，需要充分考虑建筑物的大小和复杂性、结构材料的种类和性质等不同因素。
近年来，随着钢结构的发展和应用，高层建筑的设计中也愈发注重钢结构抗震设计。
相对于混凝土和砖类建筑，钢结构建筑的抗震性能更加优越。
钢材具有高强度、高韧性、抗冲击力以及较好的可塑形性等特点，可以有效地抵御地震对建筑物的破坏。
因此，近年来，许多企业和工程师都将钢结构作为抗震性能优异的解决方案，用于设计和建造高层建筑。
然而，在钢结构设计方面，仍面临着一些挑战。
一方面，由于每座高层建筑的结构特点和地理情况都不同，设计人员必须充分了解这些差异以及地震带来的力量，针对每个具体的项目进行量身定制的设计。
另一方面，钢结构建筑的设计需要充分考虑材料的性能，和各种要素之间的平衡，以确保建筑的结构强度和稳定性，并且在抵御地震力量的同时，能够承受各种集中荷载、雪荷载等准静态荷载。
为了探讨高层建筑钢结构抗震设计，进行了一项基于性能的研究。
首先，需要对建筑的节点进行评估和分析，以确保在强地震条件下，节点能够充分发挥其带有冲击吸收作用的特点。
其次，需要考虑整个结构在地震中的变形能力，这一点对于钢结构设计来说尤为重要。
因为钢结构具有出色的韧性和可塑性，可以通过吸收和分散地震能量来避免建筑物的崩塌和全面破坏。
此外，还需要确保钢结构连接件的可靠性和结构的整体刚度。
总之，基于性能的高层建筑钢结构抗震设计研究具有广泛的理论和实践价值，它可以确保建筑物的安全性，保障人民生命财产安全，同时也对钢结构建筑的应用和进一步发展起到了积极的推动作用。
新型装配式钢框架结构建筑体系研究与应用
新型装配式钢框架结构建筑体系研究与应用摘要：钢结构具有轻质高强、绿色环保、便于制作和标准化以及抗震性能好等诸多优点，在欧美发达国家住宅建筑中已得到推广与应用。
关键词：装配式；框架结构；建筑体系近些年，我国出台许多政策大力推进装配式钢结构建筑产业的发展，国内很多学者和企业已开发出诸多新型装配式钢结构建筑体系，但依然存在一些问题亟待解决，主要是集中在以下两个方面:1) 装配式钢结构建筑结构体系存在的问题随着我国建筑产业化的大力推进，国内研究人员针对装配式钢结构建筑中的结构体系进行了许多研究和创新，但仍存在现场施工复杂、工厂制作程度低、设计多样化等不足，难以满足现代装配式建筑的工厂生产化、设计标准化以及施工装配化等要求，难以发挥钢结构快速装配的优势。
2) 装配式钢结构建筑围护体系发展滞后从我国当前的装配式钢结构建筑体系的发展和应用来看，较多的研究人员更多地集中在建筑结构体系的发展和研究上，忽略了钢结构建筑体系中围护结构存在的问题。
装配式钢结构建筑体系要真正实现产业化，其围护体系也必须满足高度集成化和工业化。
但是很多装配式钢结构建筑依然采用粗放式、现场湿作业较多的围护体系，与市场上的装配式钢结构建筑体系难以配套，严重制约了装配式钢结构建筑的推广和应用。
针对上述我国装配式钢结构建筑体系存在的两个主要问题，东南大学、浙江东南网架股份有限公司、北京津西赛博思建筑设计有限公司以及天津大学等高校和企业基于已有的钢结构建筑体系进行研究和拓展，提出一系列新型钢框架结构建筑体系，并开展了系统的研究和工程应用。
1 多腔柱钢框架-支撑体系建筑1.1 多腔柱钢框架-支撑体系的组成对于多腔柱钢框架-支撑体系体系，其结构部分主要由多腔柱、上环下隔式梁柱节点以及支撑等组成；围护结构主要由预制混凝土墙体大板以及钢筋桁架混凝土叠合楼板等组成。
多腔柱是基于标准化的理念提出的一种新型截面承重构件，其截面选取冷弯方钢管作为核心腔体与冷成型C形钢连接，形成L形、T形以及十字形等截面形式，截面宽度与墙体厚度保持一致，既能满足承载力要求，又能很好地避免梁柱外露影响建筑空间布置，提高空间使用率。
钢结构节点的抗震性能研究与分析
钢结构节点的抗震性能研究与分析摘要：钢结构是一种具有较高抗震性能的建筑结构体系，然而，在地震灾害发生时，结构节点往往成为整个结构的薄弱环节。
为了确保钢结构的安全性，在设计和施工过程中需要重点研究和分析钢结构节点的抗震性能。
本文通过综述相关研究成果，探讨了钢结构节点在抗震性能方面的关键问题，并提出了一些改进和优化措施，以提高钢结构节点的抗震性能。
1. 引言随着城市化进程的加快，建筑安全问题日益受到重视。
地震是造成建筑倒塌和人员伤亡的主要原因之一，因此，提高建筑结构的抗震性能成为一项重要的任务。
钢结构作为一种重要的建筑结构体系，具有较高的强度和刚度，因而被广泛应用于地震活跃地区。
然而，受制于结构节点的设计和施工等因素，钢结构节点往往成为整个结构的薄弱环节，容易造成节点的破坏，导致整个结构的倒塌。
因此，钢结构节点的抗震性能研究和分析对于确保钢结构的安全非常重要。
2. 钢结构节点的抗震性能关键问题钢结构节点在地震作用下承受巨大的力学反应，其抗震性能不仅与材料的性能有关，还与节点的连接方式、构造形式、接触面压力、几何参数等因素密切相关。
钢结构节点的抗震性能关键问题包括以下几个方面：2.1. 节点连接方式节点的连接方式是影响结构整体性能的重要因素之一。
常见的节点连接方式包括焊接、螺栓连接等。
焊接连接具有强度高、刚度大、承载力大等优点，但焊接过程中易产生应力集中、热裂纹等问题；螺栓连接具有构造换位、拆装方便等优点，但在地震作用下容易产生松动和失效。
因此，在设计和施工过程中需要合理选择节点的连接方式，并采取相应的措施以提高其抗震性能。
2.2. 节点构造形式节点的构造形式直接影响其受力性能和整体刚度。
常见的节点构造形式包括刚性节点、半刚性节点和滞回节点。
刚性节点具有承受地震作用下的弹性反应能力，但刚性过大容易导致节点的破坏；半刚性节点具有一定的可变形能力，在地震作用下能吸收一部分能量，但变形后容易产生超限位变形；滞回节点具有较大的可变形能力，并能有效消耗地震能量，但需要特殊的设计和施工技术。
装配式混凝土框架结构连接节点抗震性能研究进展共3篇
装配式混凝土框架结构连接节点抗震性能研究进展共3篇装配式混凝土框架结构连接节点抗震性能研究进展1装配式混凝土框架结构是一种新型的建筑结构体系，其具有快速装拆、可重复使用、高质量成品等特点。
然而，在地震等自然灾害中，装配式混凝土框架结构需要具备良好的抗震性能，才能保证建筑物的安全性。
因此，本文将阐述装配式混凝土框架结构连接节点抗震性能的研究进展。
一、概述任何结构都会存在受力集中的地方，而装配式混凝土框架结构的连接节点是其中的一个重要环节。
连接节点不仅要承受垂直载荷和水平荷载，还要承受地震力对结构产生的影响。
因此，研究连接节点的抗震性能对于提高装配式混凝土框架结构的抗震能力至关重要。
二、节点类型装配式混凝土框架结构的连接节点类型主要分为刚性节点和半刚性节点两种。
刚性节点指的是在节点处设置刚性连接板和刚性箍筋，使框架节点形成整体刚性的连接方式。
此类节点的抗震性能较好，但在审美和构造上存在一定的限制。
半刚性节点则兼备了连接板和箍筋的作用，同时也可以兼顾节点伸缩性。
与刚性节点相比，其具有更好的工艺性和美观性，但在抗震性能方面可能略逊于刚性节点。
三、节点设计装配式混凝土框架结构的连接节点设计需要充分考虑其在地震作用下的受力特点。
主要包括节点的剪切抗力、轴向力承受能力、旋转能力和节点底部的剪切滞回性。
剪切抗力是连接节点的主要抗震指标之一，其抗震能力需要通过强化节点的节点钢筋来提高。
轴向力承受能力则是指节点在受到在竖向荷载作用下的承载能力，它主要由节点形式和节点刚度所影响。
旋转能力则是指节点在地震时具有可变形性，并且能够承受旋转荷载的能力。
节点底部的剪切滞回性指的是节点地基土壤中的缓慢变形过程，它对节点的剪切性能有着重要的影响。
四、节点连接方式装配式混凝土框架结构的连接方式有螺栓连接和焊接连接两种，而焊接连接由于需要现场施工，对构件的质量和准确性提出了更高的要求，使其难以被广泛采用。
因此，大多数装配式混凝土框架结构采用螺栓连接。
装配式钢结构法兰外环板式节点抗震性能试验及受力机理研究3篇
装配式钢结构法兰外环板式节点抗震性能试验及受力机理研究3篇装配式钢结构法兰外环板式节点抗震性能试验及受力机理研究1近年来，随着我国城市化进程的加速，建筑行业对钢结构建筑和建筑物的耐震性能也越来越注重研究。
而装配式钢结构已成为建筑业中一个重要的发展趋势。
在装配式钢结构的设计中，节点作为结构的关键部分之一，扮演着不可或缺的角色。
而在抗震安全方面，传统的办法是采用大量钢材进行加强。
但这种做法在实际操作中难以实施，并且成本较高。
因此，如何在节点的设计中提高抗震能力就显得尤为重要。
本文将综述一种装配式钢结构法兰外环板式节点的抗震性能试验及受力机理研究。
一、试验意义本次试验主要目的是通过试验和分析，探索节点设计的合理性，并探究节点的抗震性能和受力特点。
二、试验设计装配式钢结构法兰外环板式节点的试验中，选择了12个钢管混凝土柱节点进行研究。
这些节点按照不同的四边形上安装不同的法兰外环板。
在试验过程中，采用了两种方法来加载节点：单向荷载和双向荷载。
同时，还考虑了力的大小和加载次数对节点的影响。
三、试验结果与分析通过试验数据的分析，我们可以得出以下结论：1、节点设计的合理性通过实验可以得出，法兰外环板的安装方式会对节点的强度、韧性和耗能性能产生显著影响。
不同的安装方式会导致节点在受力过程中的应力分布、位移和应变水平等不同。
因此，在节点设计时，应从多个方面考虑，以确保节点能够充分发挥抗震性能。
2、节点的受力特点在试验过程中，我们可以看到节点的受力情况是非常复杂的，主要表现为以下方面：（1）节点在很小的过载时，就会发生微小的损伤，这些损伤不会立即显示出来，需要进一步的观察和分析；（2）随着负载的增加，节点中的应变和位移都会增加，其典型变形形态主要是弹性延性；（3）当荷载达到某个阈值时，节点会发生较大的破坏，这时节点的抗震能力就会逐渐降低。
四、试验结论通过以上的试验和分析，我们可以得到以下结论：1、装配式钢结构法兰外环板式节点是一种有效的抗震设计构件，在建筑领域中具有广泛的应用前景。
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第 ３ ５卷 第 ３期
２ ０ １ ３年 ６月
工 程 抗 震 与 加 固 改 造
Ｖ０ １ ． ３ ５． Ｎｏ ． ３
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行 了拟静力试验 ， 分 析研 究 了 节 点 的 破 坏 现 象 、 滞 回曲 线 、 骨 架 曲线 、 刚度 退化 、 耗 能 能 力 等抗 震 性 能 。研 究 表 明 ： 三 种 轻 钢 结 构 加 层 节 点 的 破 坏 形 态 均 表 现 为梁 端 塑 性 铰 破 坏 ， 最 大 裂 缝 均 出现 在 梁 端 ； 两 种 新 型 节 点 的抗 震 性 能 均 优 于 传 统 植 筋 节 点 ， 碳 纤 维 强 化 节 点 的滞 回 曲线 最 饱 满 ， 耗能能力最强 ； 连 接 形 式 转 化 节 点 的 刚度 提 高 程 度 最 大 ， 施工工艺简单 。 ［ 关键词 ］ 轻钢结构加层 ； 节点 ； 碳纤维 ； 连接形式转化 ； 拟静力试验 ； 抗 震 性 能 ［ 中 图分 类 号 ］ Ｔ Ｕ ３ ７ ５ ． １ ［ 文献 标 识 码 ］ Ａ
Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｓ ｅ ｉ ｓ ｍｉ ｃ Ｂｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｏ ｆ Ｎｅ ｗ－ ｔ ｙ ｐ ｅ Ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ａｄ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｔ ｏ ｒ ｅ ｙ
Ｊ — ８ ４ １ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ ９ ７ — ０ ６
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２— ８ ４ １ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ １ ６
轻 钢 结构 加 层 中新 型 节点 抗震 性 能试 验研 究
郭 蓉 ， 赵 少伟 ， 尹成林（ 河北工业大学 土木工程学院， 天津 ３ ０ ０ ０ ４ １ ）
［ 提 要］ 为 了 研 究 轻 钢 结 构 加 层 工 程 中节 点 的抗 震 性 能 ， 对传统植筋节点 、 碳 纤 维 材 料 强 化 节 点 以及 连 接 形 式 转 化 节 点 进