预制钢板夹心混凝土组合板与柱连接及其有限元分析

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.10.014

摘要/Abstract

摘要：

为满足装配式组合板-柱结构节点的承载要求，提出了两种预制钢板夹心混凝土组合板与结构柱节点的连接构造.利用ABAQUS有限元软件建立了组合板-柱连接节点的数值计算模型，分析了预制节点在冲切荷载作用下的承载性能及主要设计参数对其受力和变形性能的影响.结果表明，预制连接节点与同参数条件下的现浇节点相比，能够在保证良好延性的同时显著提升抗冲切承载力，说明连接组件能够对节点抗冲切性能产生积极贡献.此外，在外环板-贯穿螺栓连接中，建议选择方形或十字形外环板且强度等级与组合板一致，均取为Q345，并采用16个贯穿螺栓放射排布.对于外伸组合板-环向法兰连接，建议法兰厚度控制在20 mm左右，以获得最优的性价比.

关键词: 装配式, 板柱节点, 组合板, 数值模拟, 受力分析

Abstract:

In order to meet the bearing requirements of prefabricated composite slab?column joints， two types of connection joints between steel?concrete?steel sandwich slab and structural column are proposed. Using ABAQUS finite element software， the numerical calculation model of composite slab column joint is established， and the bearing capacity of precast joint under punching load and the influence of main design parameters on its mechanical and deformation properties are analyzed. The results show that， compared with the cast?in?place joints under the same condition， the prefabricated connection joints can significantly increase the punching shear capacity while ensuring good ductility. These indicate that the connection components can make a positive contribution to the punching shear resistance of the joints.In addition， it is recommended to use a 16 through bolts radial arrangement and choose a square or cross shaped external diaphragm in the external diaphragm?thru bolt connection. The diaphragm’s strength grade is consistent with the composite slab， which is taken as Q345. For the cantilever composite slab?circumferential flange connection， it is suggested that the flange thickness should be controlled at about 20 mm， so as to make the joint own a higher cost performance.

Key words: prefabricated, slab?column joint, composite slab, numerical simulation, force analysis

中图分类号:

TU 398.9

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图/表 10

图1 组合板与柱的外伸组合板-环向法兰连接（a）—连接节点装配示意图；（b）—连接节点拆分示意图；（c）—主视图；（d）—俯视图.

Fig.1 Cantilever composite slab?circumferential flange connection between composite slab and column

图2 组合板与柱的外环板-贯穿螺栓连接（a）—连接节点装配示意图；（b）—主视图；（c）—俯视图.

Fig.2 External diaphragm?thru bolt connection between composite slab and column

图3 模型构件装配示意图（a）—现浇组合板-柱节点；（b）—预制外环板-贯穿螺栓连接节点；（c）—预制外伸组合板-环向法兰连接节点.

Fig.3 Schematic diagram of the assembly of model components

图4 有限元模型及网格划分图（a）—现浇节点网格模型；（b）—外环板-贯穿螺栓节点网格模型；（c）—外伸组合板-环向法兰节点网格模型；（d）—外环板；（e）—环向法兰盘.

Fig.4 Finite element model and meshing diagram

图5 SCJ-XJ与SCJ-1-1，SCJ-2-1模型的荷载-位移曲线

Fig.5 Load?displacement curves of SCJ-XJ，

表1 SCJ-XJ与SCJ-1-1，SCJ-2-1模型的荷载及位移 (SCJ-1-1 and SCJ-2-1 models)

Table 1 Load and displacement of SCJ-XJ，

节点模型	极限荷载	极限位移	屈服荷载	屈服位移	承载力增幅
节点模型	kN	mm	kN	mm	%
SCJ-XJ	352.44	16.37	307.84	8.46	—
SCJ-1-1	589.88	18.93	535.56	12.65	67.37
SCJ-2-1	578.42	15.51	520.27	11.06	64.12

图6 预制外环板-贯穿螺栓连接节点各部件应力云图（a）—组合板顶部和底部钢板应力云图；（b）—组合板混凝土层顶部和底部应力云图；（c）—底部外环板应力云图；（d）—贯穿螺栓应力云图.

Fig.6 Component stress nephogram of precast external diaphragm?thru bolt connection joint

图7 预制外伸组合板-环向法兰连接节点各部件应力云图（a）—外部与外伸组合板顶部和底部钢板；（b）—外部组合板混凝土层顶面和底面；（c）—内侧环向法兰；（d）—高强螺栓.

Fig.7 Component stress nephogram of precast cantilever composite slab?circumferential flange connection joint

图8 预制外环板-贯穿螺栓连接节点的参数分析（a）—组合板厚度；（b）—组合板混凝土强度等级；（c）—外环板厚度；（d）—外环板形状；（e）—贯穿螺栓数量；（f）—贯穿螺栓排布（16个螺栓）；（g）—贯穿螺栓排布（24个螺栓）；（h）—钢板与外环板强度.

Fig.8 Parametric analysis of prefabricated external diaphragm?thru bolt connection

图9 预制外伸组合板-环向法兰连接节点的参数分析（a）—组合板混凝土层厚度；（b）—组合板钢板厚度；（c）—环向法兰盘厚度；（d）—组合板混凝土强度；（e）—高强螺栓数量.

Fig.9 Parameter analysis of prefabricated cantilever slab?circumferential flange connection

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