新型全裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)水平縫節(jié)點(diǎn)的機(jī)理分析

摘要：提出一種采用內(nèi)嵌邊框、高強(qiáng)螺栓以及連接鋼框連接相鄰層預(yù)制墻板的新型干式連接方式.為研究該連接方案的可行性及連接件的傳力機(jī)理，進(jìn)行了試驗(yàn)研究及有限元模擬；然后對(duì)節(jié)點(diǎn)的傳力路徑進(jìn)行了分析，并討論了連接件的制作誤差對(duì)傳力路徑的影響；最后對(duì)彈性階段及彈塑性階段時(shí)連接件的應(yīng)力分布與重分布進(jìn)行了分析，得到了連接鋼框應(yīng)力分布的計(jì)算模型以及高強(qiáng)螺栓傳遞剪力的計(jì)算公式.試驗(yàn)研究及有限元分析表明，該新型連接方案可行，傳力路徑明確.機(jī)理分析表明：連接鋼框受壓區(qū)的應(yīng)力大于受拉區(qū)的應(yīng)力；受壓區(qū)高強(qiáng)螺栓傳遞的剪力大于受拉區(qū)高強(qiáng)螺栓傳遞的剪力，受壓區(qū)的高強(qiáng)螺栓率先發(fā)生滑移.

關(guān)鍵詞：預(yù)制混凝土；水平縫節(jié)點(diǎn)；高強(qiáng)螺栓；連接鋼框；機(jī)理分析

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)具有能源消耗少、質(zhì)量易控制、施工速度快、場(chǎng)地環(huán)境好以及收縮裂縫少等優(yōu)點(diǎn).2013年1月1日國(guó)務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)了國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部制定的綠色建筑行動(dòng)方案國(guó)辦發(fā)﹝2013﹞1號(hào)，明確提出要推廣適合工業(yè)化生產(chǎn)的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系.預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和推廣有利于促進(jìn)我國(guó)的建筑工業(yè)化和住宅產(chǎn)業(yè)化，它是未來(lái)建筑發(fā)展的方向.長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)各種預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入而廣泛地研究，比如：裝配式大板結(jié)構(gòu)1，郭正興等研究的新型裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)2-3，帶接縫連接梁的預(yù)制混凝土剪力墻4，哈爾濱工業(yè)大學(xué)與黑龍江宇輝集團(tuán)合作研究的預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)5，Soudki等6-7研究的預(yù)制混凝土剪力墻水平連接，Perez等8-9研究的后張無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)體系.然而，這些研究中的大多數(shù)仍屬于裝配整體式結(jié)構(gòu)，

孫建等10提出了一種新型全裝配式鋼筋混凝土剪力墻Innovative Precast Shear Wall，IPSW結(jié)構(gòu)，對(duì)該新型結(jié)構(gòu)中豎向縫連接方案的可行性進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，然后在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)豎向縫結(jié)構(gòu)單元的抗剪承載力進(jìn)行了分析.IPSW結(jié)構(gòu)中水平縫節(jié)點(diǎn)通過(guò)在預(yù)制鋼筋混凝土RC墻板上、下邊緣設(shè)置內(nèi)嵌邊框，將墻板內(nèi)豎向鋼筋端部焊接于內(nèi)嵌邊框內(nèi)側(cè)，相鄰層墻板之間借助連接鋼框、高強(qiáng)螺栓連接，從而傳遞相鄰層墻板之間的作用力.本文首先介紹IPSW結(jié)構(gòu)水平縫的試驗(yàn)研究，然后結(jié)合有限元數(shù)值模擬對(duì)水平縫節(jié)點(diǎn)的傳力機(jī)理進(jìn)行重點(diǎn)分析.

1試驗(yàn)概況

1.1試件設(shè)計(jì)

制作2個(gè)水平縫試件，編號(hào)為WH1，WH2，分別進(jìn)行單調(diào)加載試驗(yàn)、低周反復(fù)荷載試驗(yàn).2個(gè)試件的尺寸、混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度、配筋、連接件及螺栓孔等參數(shù)均相同.混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C35，水平分布筋、豎向分布筋、約束箍筋等均采用HPB235級(jí)鋼筋，連接鋼框與內(nèi)嵌邊框由10 mm厚Q235鋼板焊接而成，高強(qiáng)螺栓采用10.9級(jí)M16，螺栓孔徑為18 mm，試件見(jiàn)圖 1.連接鋼框與內(nèi)嵌邊框之間摩擦面的處理借鑒規(guī)程11]中的方法，綜合考慮鋼板加工工藝以及摩擦面的處理方法，抗滑移系數(shù)取為0.35.

混凝土實(shí)測(cè)立方體抗壓強(qiáng)度為38.9 MPa；HPB235級(jí)8鋼筋實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度為303 MPa，抗拉強(qiáng)度為461 MPa，彈性模量為210 GPa；HPB235級(jí)6.5鋼筋實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度為382 MPa，抗拉強(qiáng)度為525 MPa，彈性模量為210 GPa；10 mm厚Q235級(jí)鋼板實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度為259 MPa，抗拉強(qiáng)度為385 MPa，彈性模量為206 GPa.

1.2測(cè)量?jī)?nèi)容

試驗(yàn)主要測(cè)量如下項(xiàng)目：1試件頂部加載點(diǎn)的水平荷載和側(cè)移；2連接鋼框的應(yīng)變分布；3試件受拉側(cè)與受壓側(cè)連接鋼框與內(nèi)嵌邊框之間的相對(duì)滑移；4試件RC墻板中豎向鋼筋與部分水平鋼筋的應(yīng)變；5地梁的滑移.

1.3加載制度及裝置

試驗(yàn)中采用張拉鋼鉸線的方法在WH1，WH2頂部施加豎向軸壓力505 kN并保持恒定.水平加載采用荷載和位移混合控制加載方法.對(duì)WH1施加單調(diào)水平荷載，屈服前以10 kN為一級(jí)，屈服后以1 mm或2 mm為一級(jí)；對(duì)WH2施加低周反復(fù)荷載以推向?yàn)檎驗(yàn)樨?fù)，屈服前以20 kN為一級(jí)，每級(jí)循環(huán)一次，屈服后以屈服位移的整數(shù)倍為控制位移，每級(jí)循環(huán)兩次.單調(diào)加載與反復(fù)加載均加載至試件承載力下降到峰值荷載的85%以下或試件因變形過(guò)大不適于繼續(xù)加載為止.加載裝置見(jiàn)圖 2.

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1試驗(yàn)過(guò)程與破壞形態(tài)

WH1加載至100 kN時(shí)，受拉側(cè)根部處出現(xiàn)第一條水平裂縫；在100～110 kN及120～130 kN的過(guò)程中，各聽到一次“嘭”聲；加載至160 kN時(shí)，荷載位移曲線偏離直線，且受拉側(cè)最外排豎向鋼筋屈服，之后轉(zhuǎn)入位移控制加載階段；隨著水平位移的增加，受拉側(cè)不斷出現(xiàn)新的水平裂縫并逐漸發(fā)展為斜裂縫，同時(shí)受拉區(qū)豎向鋼筋自外向內(nèi)第2排～第7排依次屈服；加載末期，受壓區(qū)混凝土大面積剝落直至壓碎，水平鋼筋露出，承載能力下降超過(guò)15%，試驗(yàn)結(jié)束.WH1的破壞形態(tài)見(jiàn)圖 3a.

WH2反向加載至100 kN時(shí)，受拉側(cè)出現(xiàn)第一條水平裂縫；正向加載至120 kN時(shí)，受拉側(cè)根部開始出現(xiàn)水平裂縫；在100～160 kN的過(guò)程中，聽到三次“嘭”聲；正、反向加載到160 kN時(shí)，受拉側(cè)最外排豎向鋼筋達(dá)屈服，之后轉(zhuǎn)入位移控制加載階段；隨著加載位移的增加，出現(xiàn)新的水平裂縫，原有裂縫擴(kuò)展、延伸、斜向發(fā)展形成交叉狀；最終，5Δy第一循環(huán)反向加載時(shí)，試件受壓區(qū)混凝土被壓碎，大面積剝落，承載能力下降超過(guò)15%，試驗(yàn)結(jié)束.WH2的破壞形態(tài)見(jiàn)圖 3b.

由圖 3及試驗(yàn)過(guò)程中豎向鋼筋及水平鋼筋的應(yīng)變發(fā)展可知：兩水平縫試件破壞模式相同，均發(fā)生大偏壓破壞.試驗(yàn)過(guò)程中聽到的“嘭”聲是由于連接鋼框與內(nèi)嵌邊框間發(fā)生滑移高強(qiáng)螺栓滑移而產(chǎn)生的.

2.2荷載位移曲線

單調(diào)加載下WH1的荷載位移曲線以及低周反復(fù)荷載下WH2的滯回曲線、骨架曲線分別見(jiàn)圖 4a～c，曲線特征點(diǎn)數(shù)據(jù)列于表1.表中：Vcr，Vy，Vu和Vr分別為開裂荷載、屈服荷載、極限荷載和破壞荷載；Δcr，Δy，Δm和Δu分別為開裂位移、屈服位移、峰值位移和極限位移.

頂點(diǎn)位移mma WH1

2.3連接鋼框應(yīng)變分布

在不同加載階段，WH1中連接鋼框應(yīng)變的分布如圖 5所示.圖中測(cè)點(diǎn)位置以連接鋼框受拉端為起點(diǎn)0 mm，受壓端為終點(diǎn)1 200 mm.

由圖 5可知：由于施加了505 kN的豎向軸力，加載初始階段連接鋼框全截面受壓；試件屈服后，連接鋼框受壓區(qū)的壓應(yīng)變大幅增加、受拉區(qū)的拉應(yīng)變相對(duì)較小且變化幅度不大；試件破壞時(shí)，連接鋼框受拉區(qū)、受壓區(qū)分界點(diǎn)位于420～780 mm之間；類似于正應(yīng)變的分布規(guī)律，連接鋼框受拉區(qū)的剪應(yīng)變變化不大，受壓區(qū)的剪應(yīng)變隨頂點(diǎn)側(cè)移的增大而大幅增加.

測(cè)點(diǎn)位置mma正應(yīng)變

測(cè)點(diǎn)位置mmb剪應(yīng)變

2.4連接件滑移

試件WH1受壓側(cè)、受拉側(cè)連接鋼框與內(nèi)嵌邊框間的相對(duì)滑移螺栓滑移與試件頂點(diǎn)側(cè)移的關(guān)系如圖 6所示.

頂點(diǎn)側(cè)移mm

由圖 6可知：連接鋼框受壓端上側(cè)與墻板內(nèi)嵌邊框之間的滑移主要發(fā)生在水平荷載為90～130 kN期間，最終滑移約為0.50 mm，這與試驗(yàn)過(guò)程中聽到“嘭”聲一致；連接鋼框受壓端下側(cè)與地梁內(nèi)嵌邊框間的滑移主要發(fā)生在40 kN，Δy+15 mm期間，最終滑移約為1.13 mm；連接鋼框受拉端上側(cè)與墻板內(nèi)嵌邊框間幾乎沒(méi)有發(fā)生相對(duì)滑移.

3有限元分析

3.1有限元模型

IPSW結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬涉及到混凝土、鋼構(gòu)件以及界面接觸等復(fù)雜的力學(xué)問(wèn)題.本文采用大型有限元分析軟件ABAQUS對(duì)試件WH1進(jìn)行模擬.

采用混凝土損傷塑性Concrete Damaged Plasticity模型模擬混凝土的力學(xué)性能，采用彈性強(qiáng)化模型12模擬鋼筋、鋼板以及高強(qiáng)螺栓的力學(xué)性能.連接鋼框、內(nèi)嵌邊框、高強(qiáng)螺栓以及RC墻板采用C3D8R單元模擬，鋼筋采用T3D2單元模擬.在內(nèi)嵌邊框與連接鋼框之間的摩擦面上定義切向庫(kù)侖摩擦接觸；在螺栓桿與螺栓孔接觸面上定義法向硬接觸.建立的有限元模型如圖 7

3.2結(jié)果與分析

3.2.1荷載位移曲線

有限元計(jì)算的荷載位移曲線如圖 8所示.從圖中可以看出，加載初期有限元計(jì)算的剛度大于試驗(yàn)剛度，隨后由于混凝土的開裂及高強(qiáng)螺栓的滑移，剛度有所下降，與試驗(yàn)結(jié)果接近；加載至峰值點(diǎn)時(shí)，有限元計(jì)算的極限承載力為272 kN，WH1的試驗(yàn)值為270 kN，WH2的正、反向試驗(yàn)值分別為294 kN，270 kN，相對(duì)誤差分別為0.74%， 7.48%和0.74%；峰值點(diǎn)之后，有限元計(jì)算的承載能力衰減大于WH1，小于WH2.峰值點(diǎn)之后，WH2正、反向承載能力衰減較快是因?yàn)樵诜磸?fù)荷載作用下，試件受拉區(qū)、受壓區(qū)交替變化，混凝土裂縫交替張開、閉合，加快了強(qiáng)度、剛度的退化.總體來(lái)看，有限元模擬的荷載位移曲線與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，證明了本文采用ABAQUS建立的有限元模型是合理的.

3.2.2試件的變形及應(yīng)力分布

試件破壞水平荷載下降為極限承載力的85%時(shí)的整體變形及墻板應(yīng)力分布如圖 9所示，從圖中可以看出，試件基本呈現(xiàn)彎曲變形模式，發(fā)生彎曲破壞，與試驗(yàn)結(jié)果一致.

3.2.3連接件的應(yīng)力分布

試件破壞時(shí)，連接鋼框及高強(qiáng)螺栓應(yīng)力分布如圖 10ab所示.從圖中可以看出，連接鋼框受壓區(qū)應(yīng)力大于受拉區(qū)，受壓區(qū)的高強(qiáng)螺栓的應(yīng)力大于受拉區(qū)，且受壓區(qū)高強(qiáng)螺栓發(fā)生彎曲變形，說(shuō)明受壓區(qū)連接鋼框與內(nèi)嵌邊框之間發(fā)生了相對(duì)滑移，連接由摩擦型連接轉(zhuǎn)變?yōu)槌袎盒瓦B接，與試驗(yàn)結(jié)果一致.

頂點(diǎn)側(cè)移mm

4節(jié)點(diǎn)傳力機(jī)理

4.1概述

4.1.1傳力路徑

IPSW結(jié)構(gòu)中水平縫節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造如圖 11所示，墻板中豎向鋼筋與設(shè)置在墻板下緣的內(nèi)嵌邊框焊接，從而將上層墻板的內(nèi)力傳遞到內(nèi)嵌邊框上；上、下兩層墻板利用連接鋼框定位，然后安裝高強(qiáng)螺栓，從而通過(guò)連接鋼框及高強(qiáng)螺栓將上層墻板內(nèi)嵌邊框的內(nèi)力傳遞到下層墻板的內(nèi)嵌邊框上，然后通過(guò)豎向鋼筋將內(nèi)嵌邊框的內(nèi)力傳遞到下層墻板上.傳力路徑可以概括為：上層墻板→下緣內(nèi)嵌邊框→高強(qiáng)螺栓→連接鋼框→高強(qiáng)螺栓→下層墻板上緣內(nèi)嵌邊框→下層墻板.

圖11水平縫節(jié)點(diǎn)示意圖

Fig.11Schematic diagram of horizontal joints

在水平荷載作用下，RC墻板及連接鋼框總體上可分為受拉區(qū)與受壓區(qū).對(duì)于連接鋼框受拉區(qū)，在高強(qiáng)螺栓滑移前，拉力由內(nèi)嵌邊框與連接鋼框之間摩擦面上的摩擦阻力高強(qiáng)螺栓施加預(yù)拉力之后，內(nèi)嵌邊框與連接鋼框之間摩擦面上產(chǎn)生的抗滑移阻力來(lái)傳遞，在高強(qiáng)螺栓滑移后，拉力轉(zhuǎn)為由螺栓桿與螺栓孔壁接觸承壓來(lái)傳遞.然而，對(duì)于連接鋼框受壓區(qū)而言，連接件的加工精度將影響該部位內(nèi)力的傳遞路徑，根據(jù)加工精度，分為以下3種情況：

1當(dāng)連接件制作精確如圖 11a所示時(shí)，拼裝后U形內(nèi)嵌邊框的端部將與H形連接鋼框的腹板緊密頂緊，因此在連接鋼框受壓區(qū)，壓力將直接由內(nèi)嵌邊框端部頂緊連接鋼框腹板進(jìn)行傳遞.

2當(dāng)連接件制作不精確如圖 11b所示、內(nèi)嵌邊框端部與連接鋼框腹板之間存在較小空隙時(shí)，加載初期，連接鋼框受壓區(qū)的壓力由內(nèi)嵌邊框與連接鋼框間的摩擦阻力進(jìn)行傳遞，加載至一定程度時(shí)，高強(qiáng)螺栓發(fā)生滑移，導(dǎo)致內(nèi)嵌邊框端部與連接鋼框腹板頂緊，此后壓力轉(zhuǎn)由內(nèi)嵌邊框端部頂緊連接鋼框腹板進(jìn)行傳遞.

3當(dāng)連接件制作不精確如圖 11b所示、內(nèi)嵌邊框端部與連接鋼框腹板之間存在較大空隙時(shí)，加載初期，連接鋼框受壓區(qū)的壓力由內(nèi)嵌邊框與連接鋼框間的摩擦阻力進(jìn)行傳遞，加載至一定程度時(shí)，盡管高強(qiáng)螺栓發(fā)生滑移，但內(nèi)嵌邊框端部與連接鋼框腹板仍未頂緊，此后壓力轉(zhuǎn)由螺栓桿與螺栓孔壁接觸承壓進(jìn)行傳遞.

根據(jù)試驗(yàn)研究時(shí)連接件的加工精度，本文按情況3進(jìn)行分析.

4.1.2彈性階段

加載初期，豎向軸壓力使RC墻板全截面受壓，壓力由連接鋼框及高強(qiáng)螺栓傳遞到下層墻板上；水平荷載在上層墻板底部產(chǎn)生水平剪力以及彎矩，該水平剪力也由連接鋼框及高強(qiáng)螺栓傳遞到下層墻板上，該彎矩將使墻板底部一側(cè)受拉、另一側(cè)受壓，拉力、壓力均由連接鋼框及高強(qiáng)螺栓向下傳遞.根據(jù)試驗(yàn)及有限元分析結(jié)果，彈性階段連接鋼框的受力情況可簡(jiǎn)化為如圖 12a所示示意圖，圖中σN為豎向軸壓力在連接鋼框中產(chǎn)生的正應(yīng)力，σM，τ為水平荷載在連接鋼框中產(chǎn)生的正應(yīng)力、剪應(yīng)力.

當(dāng)水平荷載小于某值時(shí)，試件受拉區(qū)的拉應(yīng)力小于豎向軸壓力引起的壓應(yīng)力，此時(shí)RC墻板及連接鋼框全截面受壓；當(dāng)水平荷載等于該值時(shí)，RC墻板及連接鋼框受拉區(qū)邊緣的正應(yīng)力為零；當(dāng)水平荷載大于該值時(shí)，水平荷載在試件受拉區(qū)引起的拉應(yīng)力將大于豎向軸壓力引起的壓應(yīng)力，此時(shí)RC墻板及連接鋼框受拉區(qū)受拉；而整個(gè)過(guò)程中，RC墻板及連接鋼框受壓區(qū)均始終受壓.

4.1.3彈塑性階段

隨著水平荷載頂點(diǎn)側(cè)移的增加，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入彈塑性階段，連接件內(nèi)力發(fā)生重分布.根據(jù)試驗(yàn)及有限元分析結(jié)果，彈塑性階段連接鋼框的受力情況可簡(jiǎn)化為如圖 12b所示.當(dāng)試件受拉區(qū)混凝土開裂后，裂縫處豎向鋼筋的應(yīng)力突然增大；當(dāng)水平荷載達(dá)到屈服荷載后，受拉區(qū)最外側(cè)受拉鋼筋屈服，之后屈服鋼筋的拉力基本保持不變.本文認(rèn)為受拉區(qū)每根豎向鋼筋對(duì)應(yīng)一定長(zhǎng)度的連接鋼框，該豎向鋼筋的拉力由該長(zhǎng)度范圍內(nèi)的連接鋼框及高強(qiáng)螺栓傳遞.隨著試件頂點(diǎn)側(cè)移的進(jìn)一步增加，受拉區(qū)豎向鋼筋由外向內(nèi)依次屈服，連接鋼框所傳遞的拉力也將自外向內(nèi)逐漸增大.對(duì)于受壓區(qū)而言，隨著頂點(diǎn)側(cè)移的增加，裂縫不斷向受壓區(qū)延伸，受壓區(qū)面積逐漸減小、壓應(yīng)力逐漸增加，最終混凝土壓碎、豎向鋼筋壓曲.此外，因RC墻板底部受拉區(qū)開裂，可忽略豎向鋼筋銷栓作用傳遞的水平剪力，認(rèn)為水平剪力全部由受壓區(qū)傳遞.

4.2連接鋼框

4.2.1計(jì)算截面

取圖 1a中試件11截面上連接鋼框截面為其計(jì)算截面，如圖13所示.圖中：t為鋼板厚度；hw為計(jì)算截面的高度，與RC墻板截面高度相同.

連接鋼框的主要功能是傳遞拉力、壓力及水平剪力，因此本文主要研究計(jì)算截面上的正應(yīng)力與剪應(yīng)力.

4.2.2彈性階段

當(dāng)試件處于彈性狀態(tài)時(shí)，假定：在軸壓力、彎矩作用下，RC墻板及連接鋼框計(jì)算截面內(nèi)的正應(yīng)變保持平面；在水平剪力作用下，連接鋼框計(jì)算截面內(nèi)的剪應(yīng)力呈二次拋物線分布.此外，不考慮混凝土的受拉作用，混凝土受壓的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系采用規(guī)范13公式.

SymboltA@ y分別為距截面中性軸z軸y處的正應(yīng)力拉應(yīng)力為正、壓應(yīng)力為負(fù)與剪應(yīng)力對(duì)單元體內(nèi)任一點(diǎn)的矩順時(shí)針轉(zhuǎn)向者為正、反之為負(fù)；N，

V分別為作用在試件上的豎向軸壓力與水平荷載；H為試件的計(jì)算高度；Sy為計(jì)算截面上剪應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)以外部分圖 13中陰影部分對(duì)截面中性軸的靜矩；Iz為計(jì)算截面對(duì)其中性軸的慣性矩.

4.2.3彈塑性階段

試件進(jìn)入彈塑性階段后，連接件的內(nèi)力將發(fā)生重分布，選取承載能力極限狀態(tài)作為研究控制點(diǎn).

RC墻板的極限承載力采用規(guī)范13-14公式，豎向鋼筋的實(shí)測(cè)應(yīng)力應(yīng)變曲線屈服平臺(tái)較短，因此宜用極限抗拉強(qiáng)度代替規(guī)范13-14]中的屈服強(qiáng)度.根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及有限元計(jì)算結(jié)果，承載能力極限狀態(tài)時(shí)連接鋼框正應(yīng)力、剪應(yīng)力簡(jiǎn)化為圖14所示的分布模式：連接鋼框受拉區(qū)、受壓區(qū)范圍與RC墻板的受拉區(qū)、受壓區(qū)范圍一致；水平剪力僅由受壓區(qū)傳遞，剪應(yīng)力在受壓區(qū)均勻分布.圖 14中：x為連接鋼框受壓區(qū)等效矩形應(yīng)力圖形的高度，與混凝土受壓區(qū)等效矩形應(yīng)力圖形的高度相等；xβ1為連接鋼框?qū)嶋H受壓區(qū)高度，β1為系數(shù)，根據(jù)規(guī)范13]，β1=0.8.

由表 2可知：ⅰ在加載開始階段，受拉區(qū)高強(qiáng)螺栓傳遞向下的剪力，隨著荷載的增加開始傳遞向上的剪力；ⅱ連接鋼框受壓端高強(qiáng)螺栓傳遞剪力明顯大于受拉端，方向非常接近豎直向下，因此可以判斷受壓區(qū)高強(qiáng)螺栓將先于受拉區(qū)高強(qiáng)螺栓發(fā)生滑移；ⅲ彈性階段，連接鋼框受拉端高強(qiáng)螺栓傳遞的剪力最大值為46.80kN，小于其抗滑移承載力63kN，不會(huì)發(fā)生滑移，與試驗(yàn)現(xiàn)象一致；ⅳ當(dāng)水平荷載V=80 kN，90 kN時(shí)，連接鋼框受壓端高強(qiáng)螺栓傳遞的剪力為V10=61.26 kN，65.76 kN，高強(qiáng)螺栓的抗滑移承載力為63 kN，因此可以推測(cè)當(dāng)水平荷載V=80～90 kN時(shí)受壓端高強(qiáng)螺栓發(fā)生滑移，試驗(yàn)監(jiān)測(cè)表明，該部位高強(qiáng)螺栓滑移開始發(fā)生于水平荷載V=90 kN時(shí)，可見(jiàn)二者吻合較好.

2彈塑性階段

試件進(jìn)入彈塑性階段后，連接件的內(nèi)力將發(fā)生重分布，類似于對(duì)連接鋼框的分析，選取承載能力極限狀態(tài)作為研究控制點(diǎn).

由式2～5可得，承載能力極限狀態(tài)時(shí)：ⅰ連接鋼框上高強(qiáng)螺栓傳遞剪力的大小順序?yàn)槭軌簠^(qū)>受拉區(qū)>中間段；ⅱ連接鋼框受拉端高強(qiáng)螺栓所傳遞的剪力以及其方向角分別為V1=30.88 kN，θ1=90°，顯然V1Nv1b=63 kN，表明該螺栓已發(fā)生滑移，與試驗(yàn)結(jié)果及有限元分析結(jié)果一致.

5結(jié)論

1IPSW結(jié)構(gòu)水平縫節(jié)點(diǎn)方案可行，傳力路徑明確，即：上層墻板→下緣內(nèi)嵌邊框→高強(qiáng)螺栓→連接鋼框→高強(qiáng)螺栓→下層墻板上緣內(nèi)嵌邊框→下層墻板.

2采用有限元分析軟件ABAQUS研究試件在單調(diào)荷載作用下的受力性能，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，從而驗(yàn)證了有限元模型中單元選擇、材料本構(gòu)、接觸處理的合理性，說(shuō)明本文中的有限元模型可以真實(shí)地模擬試件的力學(xué)性能，為節(jié)點(diǎn)的機(jī)理分析提供了基礎(chǔ).

3連接件的制作精度對(duì)受拉區(qū)節(jié)點(diǎn)的傳力機(jī)理無(wú)影響，但對(duì)受壓區(qū)節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理影響較大.

4從彈性階段到彈塑性階段，連接鋼框的應(yīng)力發(fā)生了重分布.當(dāng)處于彈性狀態(tài)時(shí)，連接鋼框的受拉區(qū)、受壓區(qū)均有正應(yīng)力與剪應(yīng)力傳遞.當(dāng)處于承載能力極限狀態(tài)時(shí)，連接鋼框的受拉區(qū)只傳遞拉應(yīng)力，受壓區(qū)既傳遞壓應(yīng)力也傳遞剪應(yīng)力，且受壓區(qū)應(yīng)力遠(yuǎn)大于受拉區(qū).

5受壓區(qū)高強(qiáng)螺栓傳遞的剪力遠(yuǎn)大于受拉區(qū)高強(qiáng)螺栓傳遞的剪力，受壓端高強(qiáng)螺栓率先發(fā)生滑移.

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