装配式斜支撑钢框架承载力性能试验研究_张爱林

装配式钢结构抗震性能研究进展发表时间：2019-07-31T10:00:32.607Z 来源：《防护工程》2019年8期作者：孙珩陈俊萍[导读] 节点连接是装配式钢结构的关键要素之一，装配式节点在工业化建造中具有特殊性和重要性。

联创新锐设计顾问(武汉)有限公司武汉 430000摘要：预制装配式结构可有效缩短施工周期、提高施工安全性、降低施工人力需求、保障施工质量、减少建筑垃圾、节约建筑生命周期能量消耗、提升建筑工程生态环境效益，在部分发达国家及地区已有较多应用。

但是，我国目前的土建施工仍以传统方式（大量工地现场作业）为主，预制装配式结构占建筑结构总量的比例远低于发达国家和地区。

鉴于此，国务院于2016年2月发布《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，该文件第十一条明确提出：“大力推广装配式建筑，减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建造工期，提升工程质量。

完善部品部件标准，实现建筑部品部件工厂化生产。

鼓励建筑企业装配式施工，现场装配。

建设国家级装配式建筑生产基地。

加大政策支持力度，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。

”由此可见，开展装配式建筑结构相关研究，对提升我国装配化建造水平意义重大。

关键词：装配式钢结构；抗震性能；研究1、装配式钢结构连接节点节点连接是装配式钢结构的关键要素之一，装配式节点在工业化建造中具有特殊性和重要性，节点构造直接影响结构的抗震性能。

装配式钢结构经历了从栓-焊混合连接到全栓接的发展过程。

为减少工地现场施焊工作量，研究人员以形态多变、构造灵活的细部设计，逐步实现了钢结构安装过程中更多甚至全部采用螺栓连接的目的，使得全装配式钢结构的大规模推广应用成为可能。

制约该节点推广应用的主要问题是：地震作用下，节点的塑性变形集中在节点域腹板内，震后损伤的节点域难以更换。

基于ABAQUS 实体单元模型，研究了开有小连接孔的模块化装配式钢框架梁柱节点在往复荷载作用下的滞回性能和破坏模式，认为开有小连接孔的装配式节点应按照半刚性节点进行设计。

0 引言钢结构是近年来发展迅速的一种建筑结构类型，其具有较高的强度和刚度，能够满足大跨度、超高层等特殊需求。

然而，在实际应用中，由于受到多种因素的影响，如地震、风、温度等自然力及人为误操作等，导致钢结构建筑的节点出现失稳与破坏的情况，研究钢结构梁柱节点的抗震性意义重大[1]。

针对此种情况，国内外研究学者纷纷投入其研究中，在国外，Agata G V 等[2]在研究半刚性和刚性梁柱节点连接静力性与动力性能的研究中指出，在一般情况下，半刚性节点的延性、耗能性相对较强，抗震性能更加优越。

Ruby F 等[3]在其研究中对钢结构梁柱节点梁翼缘削弱的“狗骨式”连接进行了往复加载试验，结果表明在不同荷载的作用下，节点的滞回曲线趋近于稳定丰满的状态，说明钢结构半刚性节点具有较强的延性。

在国内，丁克伟等[4]采用有限元模型，对隔板节点与垂直加劲肋节点的各抗震性能指标进行比较，并分析垂直加劲肋节点的长度与高度对其抗震性能的影响。

研究结果表明，加劲肋长度与高度对节点刚度的影响相对较大，并且在加劲肋长度不同的情况下，还会影响节点的承载力。

综上所述，国内外在钢结构半刚性节点极限承载力与抗震性能研究方面取得了相应的成效，并提出了不同节点的基本计算理论，为钢结构半刚性节点极限承载力与抗震性能的研究提供了指导。

本文旨在分析国内外关于钢结构建筑节点极限承载力与抗震性能研究的现状，通过节点有限元模型对半刚性节点受力情况与抗震性能进行分析，以期为钢结构建筑设计提供参考。

1 项目概况本工程183.8m 塔楼的结构体系主要包括钢管混凝土框架和核心筒。

其中，钢管混凝土框架主要由芯管和钢管组成，起到支撑作用，使整个结构更加坚固稳定；芯管的主要功能是将结构分成几个小隔间，并将它们与芯管连接；钢管混凝土框架主要由两部分组成，一部分是水平支撑部分，另一部分是垂直支撑部分。

水平支撑段钢管混凝土框架主要由柱和梁组成，而垂直支撑段的钢管混凝土框架则主要由芯管组成，通过连接柱和芯管可以形成一个整体。

0 引言实现碳达峰、碳中和，是我国重大战略决策，是在新发展阶段推动高质量发展的必由之路。

中国目前依然处在快速城市化的发展阶段，对城市土地利用率的要求越来越高，地下空间的开发利用也越来越充分，我国基坑工程逐渐向大深度、大面积方向发展。

《“十四五”建筑业发展规划》提出要坚持创新驱动，绿色发展，推广绿色化，这对工程建设领域有关环境保护和绿色节能方面也提出了更高的要求。

传统的支护技术已不能适应我国基坑工程的绿色发展需求。

张弦梁钢支撑技术就是在这种背景下产生的。

针对传统钢支撑技术的不足进行升级改良，具有受力简单、支撑刚度大、安装精度高、高预应力、大跨度空间的优势，是一种安全、经济、绿色的新型装配式钢结构支撑技术。

张弦梁钢支撑技术解决了传统钢管撑在大跨度时的稳定问题[1]，相比混凝土支撑，不仅能够有效控制基坑变形，而且能大大减小工期[2]，具有节能、高效、环保、可靠等特点[3]。

张弦梁钢支撑技术已在广东省、江西省、湖北省、湖南省、福建省、江苏省等全国各地实施，累计已经超过50个项目，本文通过对各个地方项目的使用情况以及适用性进行归纳分析和总结，为后续工程项目的使用提供一些参考。

1 张弦梁钢支撑技术张弦梁结构 [4]一般用于有大跨度空间要求的建筑（会展/博览中心、动车站、机场等）或桥梁结构中，见图1。

图1 桥梁运用实例基坑张弦梁钢支撑技术是将张弦梁结构运用到地下基坑支护领域中，达到提升基坑的有效开挖空间和减少支撑数量的目的。

其主要由预应力张弦梁和预应力桁架钢支撑组成，见图2。

预应力张弦梁预应力桁架钢支撑预应力桁架钢支撑混凝土围檩图2 张弦梁钢支撑平面示意图1.1 张弦梁如图3所示，张弦梁能够给基坑带来开阔的空间，有利于节省工期和支撑用量，其由上弦梁、下弦杆、撑杆以及预应力施加装置等组成（图3中，1为上弦混凝土围檩；2为下弦钢拉杆；3为撑杆；4为预应力施加装置；5为支撑；6为支架梁；7为立柱）。

由于上弦采用混凝土围檩和下弦采用钢拉杆，相比上弦采用钢围檩和下弦采用钢绞线，整体刚度及稳定性强，与基坑围护结构能够很好地结合；预应力施加通过顶升撑杆使张弦梁体系形成预应力，这种方式简单、高效、可靠。

型钢 混凝土装配式剪力墙节点抗 震性能研究
基本内容
随着建筑业的快速发展，结构工程师们不断寻求更加高效、环保的建筑结构 形式。型钢—混凝土装配式剪力墙作为一种新型的结构形式，因其具有优良的抗 震性能和施工效率而受到广泛。本次演示旨在研究型钢—混凝土装配式剪力墙节 点的抗震性能，为其在建筑结构中的应用提供理论支持。
实验结果表明：在相同的地震作用下，型钢高强混凝土剪力墙的滞回曲线较 为饱满，表现出较好的耗能能力。同时，试件的破坏形态主要表现为剪切破坏和 弯曲破坏，而弯曲破坏对试件的抗震性能影响较大。此外，随着配钢率的增加， 型钢高强混凝土剪力墙的承载力和耗能能力均有所提高。
实验验证
为了验证实验结果的正确性，我们对型钢高强混凝土剪力墙进行了数值模拟。 通过有限元分析软件，建立了试件的精细模型，并采用了弹塑性本构关系来描述 材料的非线性行为。在数值模拟过程中，我们采用了与试验相同的地震作用，并 记录了试件的响应和破坏过程。
本研究采用实验与数值模拟相结合的方法，对型钢—混凝土装配式剪力墙节 点的抗震性能进行分析。首先，设计制作了12个节点试件，包括型钢和混凝土的 材料属性、几何尺寸和连接方式等因素。然后，通过地震模拟振动台对试件进行 不同水平力的作用，并采用高速摄像机记录节点变形和破坏过程。同时，利用数 值模拟软件对实验结果进行验证和补充分析。
综上所述，型钢—混凝土装配式剪力墙节点作为一种具有优良抗震性能和施 工效率的结构形式，在建筑结构中具有广阔的应用前景。通过进一步深入研究其 抗震性能和优化设计，可有效提高建筑结构的整体稳定性和安全性。本次演示的 研究成果可为相关领域的研究者提供参考和借鉴，共同推动型钢—混凝土装配式 剪力墙结构形式的广泛应用。
1、引言
装配式型钢混凝土剪力墙是一种由工厂预制的型钢混凝土构件拼装而成的结 构形式，具有施工速度快、抗震性能好、承载力高等优点，因此在高层建筑和地 震多发地区的建筑中得到广泛应用。然而，目前对于装配式型钢混凝土剪力墙的 抗震性能研究还不够充分，因此对其进行深入的有限元研究具有重要意义。