新型装配式混凝土框架型钢节点试验

曹杨　孙千伟　宫文军　魏宏超　丁文胜　王国林

摘要：针对目前装配式混凝土节点连接复杂、湿连接多等问题，设计了3类（工字型钢、双腹板工字型钢、组合角钢）6个利用型钢连接的预制装配式混凝土梁柱节点，并开展了拟静力试验研究。通过试验现象及数据分析了各节点的破坏形态、抗震性能，研究了焊接连接形式、梁截面尺寸、截面形式对型钢节点力学性能的影响。研究结果表明：预制梁型钢与梁纵筋采用搭焊或预制板塞焊对节点性能影响不大；与标准现浇混凝土节点相比，工字型钢节点极限承载力显著提高，组合角钢与之相当，双腹板工字型钢略有降低；3类型钢节点均表现出良好的延性及耗能性能，能量耗散系数比现浇标准节点提高1倍以上；3类节点不同的破坏形态验证了提出的通过有意识地弱化节点临近区域刚度而改善节点抗震性能的装配式节点设计理念。

关键词：预制装配式节点；混凝土结构；型钢连接；拟静力试验

中图分类号：TU375.4文献标志码：A

Abstract： In view of the problems of present prefabricated concrete joints such as complex connection and many wet connections， 3 types （Itype， IItype， combined angel Steel） including 6 kinds of prefabricated concrete beamcolumn joints connected by section steel were designed and quasistatic experiments were carried out. Based on the phenomenon and data of tests， the failure modes and seismic performance of joints were analyzed. The influences of welding connection type， section dimension and section shape on mechanical properties were studied. The results indicate that the influences of Prefabricatedsectionsteel and longitudinal reinforcement by lap welding or Prefabricated board plug welding on properties of joints are little. Compared with the standard castinsitu joint， the bearing capacity of the Itypejoints is much higher， and the Ltype one is similar， the IItype one is slightly lower.All the three kinds of shape steel joints present much better ductility and energy dissipation characteristics， the coefficient of energy dissipation of these joints is twice as high as the standard castinsitu joint. The failure modes of the three kinds of joints validate that the design idea is beneficial to improve the seismic performance of the jointsthrough weakening the stiffness of the adjacent area of the joint.

Key words： prefabricated joint； concrete structure； shape steel connection； quasistatic test

0引言

对于预制装配式混凝土结构体系而言，预制构件之间的连接方式是装配式混凝土结构研究的核心问题之一。历史震害（如发生于1994年的Northridge地震）资料表明，在整体倒塌的装配式建筑中，预制梁柱构件破坏较轻，而主要的倒塌原因是框架结构内各个构件间的连接破坏[14]。因此，预制构件的节点是装配式结构的薄弱环节，也是装配式结构抗震研究的重点及结构整体抗震研究的前提和基础。一般而言，装配式混凝土结构预制构件连接大体可以分为干连接和湿连接2种[5]。为了保证装配式建筑的整体性，目前预制构件的连接方式主要采用湿连接[6]，即在构件连接时在节点连接处浇筑混凝土或水泥浆与其锚固，形成了多种节点类型[7]。干连接即干作业的连接方式，连接时不浇筑混凝土，而是通过在连接的构件内植入钢板或其他钢部件，通过螺栓连接或焊接以达到连接的目的，应用相对较少[7]。对于装配式建筑，不仅需要考虑装配式建筑节点的安全性和可靠性，也同时需要考虑建造的便利性。基于此认识，研发高效便捷的干连接节点具有重要意义，而发展型钢混凝土（SRC）节点是一条有利的途径。历史上各国很多学者对型钢混凝土节点做了多方面的研究[812]，一些学者提出了混凝土柱与含部分型钢混凝土梁结合的装配式节点并进行了试验研究[1315]。遗憾的是以前研究采用的型钢节点连接方式是焊接，难以真正改善装配便利性。因此，本文采用将型钢植入混凝土梁端，研发基于螺栓连接方式的3类预制装配式混凝土结构新型梁柱节点。为了考察这些节点的力学特征、抗震性能，进行拟静力试验研究，根据试件破坏形态、极限承载力及滞回曲线等，对各类节点进行比较分析，并优选出适合进一步推广应用及深入研究的节点类型。