装配式结构体系中混凝土框架结构钢性连接节点研究

作者:未知

  摘    要:随着社会的发展,我国的建筑结构将由现浇式逐步转向装配式混凝土建筑结构。对比于现浇式混凝土建筑结构,装配式建筑具有施工工期短、施工简便、环境污染小、绿色环保等优势,同时我国相关装配式建筑的技术与设计应用等已逐步趋向成熟,但是与目前现有现浇式建筑的框架节点相比仍存在着明显缺陷,尤其是高烈区的节点连接问题需要解决,因此,本文对高烈区下的装配式结构体系中混凝土框架钢性连接节点进行进行了分析与研究。
  关键词:装配式混凝土框架结构;铰接节点;消能钢性“L”型板
  1  引言
  社会经济的提高推动着建筑行业的发展,各类建筑数量的不断增多,我国建筑领域也迎来了新的挑战,目前,我国建筑结构逐渐由现浇式施工转变为装配式施工,为更好的促进装配式建筑结构的推广,使得高烈区下预制装配式得以广泛应用,分析研究可控性铰接节点消能钢性“L”型板必不可少,这种新型连接节点大大提高了框架结构整体的变形能力。
  2  装配式建筑铰接节点的特点及优势
  现阶段建筑工程建设中混凝土作为一种使用范围最广的结构,装配式应用符合建筑产业绿色环保、经济效益最大化原则,对于装配式建筑而言,框架节点处的拼装对结构承载的稳定性起到了决定性作用,因此,我们更应该重视其连接。相较于传统建筑节点的连接方式,本文主要研究混凝土框架的钢性铰接节点,采用可控性铰接节点消能钢性“L”型板,这里的梁与柱均是预制梁、预制柱,此时,在柱中将钢性矩形柱横向预埋,用预制梁对接,进行梁柱拼装。主要位置集中于消能性钢板与内部钢性矩形柱而减少对普通混凝土框架区及支撑柱的损伤,如此提高了框架结构整体的变形能力。
  3  装配式建筑铰接节点的实验设计
  本实验选择有限元软件加载装置,以此来模拟测试该节点的形式框架抗震性能、承载力等相关的设计参数。
  本试验使用ABAQUS有限元软件建立模型的方法,利用节点设计简图来进行对比构造设计,采用对比分析法,对两组模型进行分析,即在有相同地震条件下,第一组“H”模型采用原有的焊接进行拼装,第二组“L”模型则采用高强度的螺栓进行拼装。另外,在试验的单元与网格方面,“H”与“L”模型,它们的框架构造均统一采用三维实体单元C3D12R。
  本实验“H”、“L”模型采用不同的接触方式,“H”模型采用“Tie”接触方式进行模拟,“L”模型则采用“面面相对接触”进行模拟接触对接。另一方面,对于柱、梁的箍筋、纵筋组合而成的钢筋网笼,统一采取“Embed”这种方式嵌入混凝土的受力处来进行计算。而构件间所存在的摩擦,均统一采取库伦摩擦模型,摩擦系数采用0.40,同时采取摩擦公式中的小量的“弹性滑动”来进行计算。
  4  装配式建筑铰接节点的实验分析
  在本实验中,模型内部的构件包含不同性质,其中主要以混凝土与钢材两种材料为主,材料的特点性能使得材料间会存在着相互影响。为对屈服面的演变情况进行有效控制,将采用混凝土损伤塑性模型,并在模型应用该指标。
  在试验中,往往容易导致应力集中,以及加载点均分散在各节点处,为有效避免这种情况,在对模型进行相应的往复加载和轴向加载时,将采取位移控制加载制度。
  除此之外,在梁柱的两端也总是会产生力相互作用的情况,为此以铰接点中点为参考点,以模拟铰接点为运动形式,其自由度保证仅允许绕y轴进行转动(在这里其余的x=0、y=0),以此保证模型能够符合现实的情况。
  5  装配式建筑铰接节点的实验结果
  通过实验得“H”、“L”模型对比分析表如下:
  从表中可以看出在节点力承载力这一方面,“H”模型大于“L”模型。而以D2号、D3号与D4号,D5号进行的对照加载采取单调加载模式不难发现,破坏处都是“L”型板被破坏,而钢性矩形柱体则是已屈服但未被破坏,也就是没有达到材料的极限强度。
  对比分析实验数据,可以发现,刚度比在0.255~0.327范围内,节点极限承载力的极限值有约为22%得大幅度的提升,此时节点的承载力为134.2kN;当消能钢性“L”型板的厚度大于6mm時,会使得节点的位移速度逐渐降低,以此来减少节点的极限位移,导致位移距离明显缩短。
  6  结束语
  综上所诉,在装配式混凝土框架结构中,混凝土框架钢性铰接节点是在高烈区下一种有效的框架节点的连接方式。当刚度比在0.255~0.327范围内时,可控性铰接节点消能钢性“L”型板的节点位移明显降低,而节点的极限承载力则明显提升,这也充分表现出这种方式能够极为有效的提高框架结构整体的变形能力、稳定性、有效性,解决高烈区下装配式建筑的混凝土连接方式的不足,同时满足绿色环保,保证建筑外观质量要求。这一研究对高烈区下建筑工程整体质量的提升有着重要作用,同时也会促进常规地理下建筑工程质量的提升,具有一定的现实意义。
  参考文献:
  [1] 苗小燕.装配式混凝土框架结构新型梁柱型钢 连接节点研究[D].北京:北京建筑大学,2016.
  [2] 张纪刚,马哲昊,梁海志.装配式混凝土框架消能钢骨铰接节点抗震性能数值分析[J].建筑技术,2018(S1):188~190.
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