1 绪论
1.1 研究背景及意义
人们的生产和生活都离不开建筑物等场所，建筑结构也随着人类历史的发展发生了翻天覆地的变化，从起初的洞穴建筑到如今最常见的混凝土结构。现如今的建筑材料更是丰富，有砌体、木材、混凝土以及钢材等。各种结构类型都有其独有的特性，我们根据建筑的相关要求，选择出最优的结构类型。砌体结构是由砖、砌块等材料所修筑而成，其可以就地取材但强度相对较低；木结构受周围环境影响大，易风化、腐蚀且遇火易燃等缺点；混凝土建筑是现行运用最广泛的结构类型。其中，钢筋混凝土结构在一般类型的房屋建筑中大量存在，而预应力混凝土结构由于其整体性和抗震性极差，2008 年大地震后，除道路桥梁外在房屋建筑中已很少用到；钢结构是一种起步晚但发展迅速的结构类型，其均质、强度高、抗震性能优良、施工速度快，同时可满足大跨度大空间的结构，如摩天大楼、机场航站楼以及体育馆等建筑。比较各种建筑材料的性能及生产成本，现阶段混凝土结构的建筑物是运用最为广泛的，然而随着越来越多的老建筑拆迁重建项目，人们发现混凝土面临了一个巨大的新问题：拆迁过程中污染较大和混凝土废弃物处理麻烦不易降解等缺点。十八届三中全会的召开，中央明确提出了绿色环保、低碳的发展理念，而绿色建筑恰恰符合这一要求。钢结构施工方便快捷、施工噪音小、拆迁后钢材也可以重复再利用，完全符合国家现在大力提倡的绿色、低碳的理念，所以如今钢结构建筑正处在一个蒸蒸日上的发展阶段。而钢结构的发展史相对于其他结构较晚，说明钢结构里面还有很多问题值得我们去进一步研究探索。
地震是一种极其普遍且不可避免的自然现象，是由于地壳释放能量而产生的剧烈振动，随着地震的发生会释放出纵、横两种地震波，地震有着不可预测性、发展迅速和影响面广等特征，同时震后也可能导致一系列的地质灾害，如流砂现象和堰塞湖等，这将直接或间接影响着人们的安全。地震按其形成的原因不同可以分为：构造、火山、陷落、诱发以及人工地震。其中，构造地震也叫断裂地震，是常见的地震类型；火山地震是由于火山喷发产生大量能量引起地震发生，发生次数较小，震后危害程度较低；陷落地震是由于地层塌陷引起，其破坏度更小且发生概率相对很低；诱发地震是由于外部的因素诱发所造成的，如陨石坠落、水库蓄水等，在一定程度上是可以减少其发生的可能性；而人工地震在一定程度上也是可以人为减小其发生概率的。
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1.2 国内外研究现状和发展趋势
通过上述的震后调研可知，研究钢结构梁柱节点的抗震性意义重大。下面将对钢结构梁柱节点的研究现状进行简要综述。
1.2.1 钢结构梁柱节点国外研究现状
Shi Y 等学者[3]在 2000 年，为端板连接的梁柱节点提供了一种 M-θ关系的非线性分析方法。同时对此类型节点进行了分类：平齐式和外伸式两类。
Oh YS 等学者[4]在 2001 年使用 T 型外加劲板把柱-梁连接在一起，同时对其节点进行试验与模拟对比分析。研究表明：此节点在往复加载的条件下，刚度和极限弯矩值增大，但弯起钢板和穿心钢筋只对刚度的提高有效；在静力载荷作用下，弯起钢板和穿心钢对节点的刚度和极限弯矩都有影响。
Kanno R.等学者[5]在 2004 年提出了一分离式 T 型内板加强节点，并对其节点进行了静力拉伸试验和有限元数值模拟，同时通过分析得到了此节点的设计公式。Sheng-Fu Tsai 等学者[6]在 2005 年通过试验与理论研究的方法，对贯穿式高强螺栓-端板节点进行了分析。研究发现：两种研究方法分析后的结果大致相同，试验指出结构的塑性层间位移达到 5%，结构依然可以不倒；同时节点在抵抗变形、抵抗破坏、延性和耗能方面性能良好。
Yuji Koetaka 等学者[7]在 2005 年提出了一种在梁下翼缘处装阻尼器的节点类型，通过阻尼器来耗散地震产生的能量。对此新型梁柱连接节点进行往复荷载的施加试验。试验结果表明：该节点的滞回行为稳定延性好。直到极限状态，梁和柱都基本保持在弹性阶段。
Taki Masaya 等学者[8]在 2007 年提出了通过分离式外隔板连接梁和柱，对此节点进行力学实验和模拟计算。研究表明：1）新型分离式与传统式外隔板在力学性方面相差不大；2）计算推导了分离式外隔板型节点的承载力公式。
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2 梁柱节点的设计及验算
2.1 基本工况
本节点设计的基本工况如下：此建筑物为 5 层的钢结构、平面尺寸为 24m×18m，层高 3.6m、柱距 6m。其地面粗糙度类别为 C 类，设防烈度为 8 度，0.2g。此房屋用途为办公楼用房。根据基本工况运用 SAP2000 设计出梁柱的基本尺寸：方钢管柱300mmx300mmx12mm，梁 400mmx200mmx7mmx11mm。
结合相关规范要求与工程实际情况，节点设计时一般应综合考虑以下几方面要求：
1.节点域应具有足够的抵抗破坏的能力，即应满足强度要求；
2.节点域需满足规定的刚度要求，使节点域在外力作用下不会发生较大的变形而影响构件的使用；
3.节点传力明确；
4.节点域应具有足够的耗能能力，来消耗地震等外力作用下所产生的能量；
5.钢材虽是优良的塑性材料，但通过钢结构的震害分析发现，节点常常会发生脆性破坏，所以设计时应提高节点域的延性；
6.施工应简单快捷便于安装，且应保证节点质量。通过对节点的受力情况进行分析，由于节点受弯矩剪力的共同作用，节点可能会发生以下几种的破坏形式：
(1) 梁端与异型槽钢的焊缝连接破坏；
(2) 柱与 U 板的焊缝连接破坏；
(3) 螺栓受拉破坏。
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2.2 节点的装配过程、尺寸及材料选取
1.节点各部分尺寸
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3.1 选取软件的介绍...................................... 22
3.2 验证模拟............................. 22
4 梁柱节点的抗震性能研究......................................... 37
4.1 新型梁柱节点标准件的抗震性能分析...............................37
4.1.1 节点加载过程的应力和变形.......................37
4.1.2 侧向连接板处加载过程的应力和变形...........................39
5 节点的施工及检测............................................ 56
5.1 节点安装.......................................... 56
5.2 节点的检测................................ 57
5 节点的施工及检测
5.1 节点安装
本节点的安装包括两大部分即工厂加工和现场拼装，具体步骤如下：
1)工厂加工：首先完成各单个构件的加工生产，同时构件在相应位置钻螺栓孔，然后将 U 形钢板和内隔板分别焊接在柱的相应位置上，并将 H 型钢梁与异型的槽钢通过施焊的方式进行连接。焊接好的示意图如下图 5-1、5-2 所示；
2)现场安装：H 型钢梁通过异型槽钢插入 U 形钢板内，再分别安装贯穿螺栓和高强螺栓，对两类螺栓分级施加预应力；
方钢管节点域处的横向内隔板施工方式常见的有两种：第一种是把方钢管柱在节点中间截开，把上下两块内隔板分别焊接在梁翼缘的对应位置，隔板厚度与梁翼缘等厚，再把两端柱用全熔透焊接的方式连接，形成整体；第二种方法是从钢板到方钢管柱加工的过程中，在梁翼缘相应的位置提前焊接内隔板，这样方钢管柱和内隔板在出厂前就是一个整体。第二种加工方式比第一种加工方式，受焊接质量的影响更小，所以推荐采用第二种施工方式。
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6 结论与展望
6.1 结论
在北岭和阪神地震前人们认为钢材是质地均匀的塑性材料，所以都忽略了节点可能会发生脆性破坏，此后学者们开始重视钢结构的脆性破坏现象。而钢结构在地震作用下 70%为节点破坏，由此可见梁柱钢节点抗震性是研究钢框架建筑的核心内容。根据国务院“十三五”节能减排工作中要求，要大力推进装配式钢结构的发展，于是通过阅读大量关于节点的国内外研究现状和相关规范，本文设计出了一新梁柱节点域加强型节点。
利用有限元软件 ABAQUS 对节点进行拟静力加载模拟，研究其抗震性能，同时提出其施工构造要求、承载力计算公式和施工指南。综合前面几章的研究分析，可得以下几点重要结论：
1.本文结合相关规程，设计出了一装配式节点域加强型梁柱节点，给出了材料的选取、具体的尺寸和螺栓预紧力值。本节点形式简单、施工便捷，且通过节点域的加强，可有效提高节点域的承载力，实现了抗震设计中的要求。通过计算判断出了本节点的类型为半刚性节点。
2.由于试验经费有限，本文无相关试验论证且 ABAQUS 软件可选择参数众多，于是先通过对其他学者的钢节点进行论证模拟，证实了本文所选参数和基本假设的正确无误，以及本节点选用 ABAQUS 软件分析的可行性。
3.此装配式节点域加强型梁柱节点具有足够的强度和刚度，良好的延性和耗能性。综上所述，此节点满足结构规范要求的可靠性，同时满足在偶遇荷载作用下的抗震性能要求。
4.在节点连接强度满足要求的前提下，改变螺栓预拉力大小和接触面间的摩擦系数，对节点的抗震性能影响较小，可以忽略。综上所述，不能通过改变螺栓预拉力值或接触面摩擦系数大小的方法来提高其抗震性能。
参考文献（略）