四川轻化工大学 四川自贡 643000
装配式建筑是一个系统工程，是将预制部品部件通过模数协调、模块组合、接口连接、节点构造和施工工法等用装配式集成的方法，在工地高效、可靠装配并做到建筑维护、主体结构、装修一体化的建筑，其按照结构材料分类，主要包括混凝土结构、钢结构、木结构和复合结构建筑。其中钢结构作为一种天然的装配式结构，具备施工速度快、现场湿作业少、绿色环保等诸多优势，因而在装配式建筑领域中具备了广阔的发展前景。
近年来，在政府的大力扶持下，我国的装配式建筑得到快速的发展。在2016年，中共中央国务院《关于进一步加强城市规划建设工作的若干意见》中明确提出“力争用10年时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%”的要求。现有装配式结构主要为装配式混凝土结构、装配式木结结构以及装配式钢结构，其中钢结构由于本身具备产能高、材料可循环使用、以及工厂生产，现场安装的先天优势，被认为是“天生的装配式结构”。成为装配式建筑的主流结构之一。现代钢结构中，由于节点具有构造复杂与受力复杂的双重复杂特点，成为技术难点与研究热点。在多高层钢结构中，柱常采用H型钢与矩形钢管两种截面形式，其中当柱采用矩形钢管时，由于操作空间封闭等问题，给节点的设计安装带来了极大的困难，因此本课题以装配式矩形钢管柱-钢梁连接节点为主要研究节点类型。
主要研究内容：
主要内容是对装配式矩形钢管柱-钢梁连接节点连接方式进行研究。通过数值模拟的方式对现有节点展开计算，探讨其合理性，并提出设计建议。
（1）起初用AuTo CAD建模；
（2）再用Hypermash有限元处理；
（3）最后利用MIDAS迈达斯计算节点应力分布。
技术路线：
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与一般的框架结构不同，模块化建筑的梁柱并不是贯通的。相邻的模块需要通过角部的连接节点传递荷载、协调变形，使多个单元形成具有一定规模的整体结构。模块化建筑的模块单元结构完整，具有较高承载力，但若模块之间没有可靠的连接，由多个模块组成的建筑就难以保证其整体性。施工现场的主要工作是完成模块的起吊和安装，模块间连接节点快捷的连接步骤和充分的施工空间也会大大加快现场施工速度。因此模块间连接节点对最终结构的整体性、稳定性和适用性方面起着非常重要的作用。
本课题最主要的是对套筒式方钢管柱与梁装配式连接节点的研究
套筒式梁柱连接节点在现有的文献中，根据套筒和柱的相对位置，可以分为外套筒式与内套筒式两种。套筒能有效的解决关于闭口截面梁与柱的装配式连接。
（1）利用软件AuTo CAD建出框架模型（图1）和连接节点模型（图2），方钢管柱端盖板上设有螺栓孔。
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图1
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图2
（2）装配式钢结构矩形钢管柱-钢梁节点数值模拟计算
对选定节点进行数值模拟，选取设计相关参数展开系统计算，为此类节点设计提供依据。之后再用Hypermash有限元处理；以及利用MIDAS迈达斯计算应力节点分布。（如图3）
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图3
经过有限元分析，综合考虑传力可靠和施工方便，模块间连接采用梁端盖板螺栓连接。在梁端和柱端预先焊有连接件，连接件内设有加劲肋，加劲肋之间开有螺栓孔。连接板位于上下连接件之间，通过高强度螺栓连接。连接板上带有L形抗剪定位双功能键，双功能键在施工时能保证安装的精度，在服役时又能起到抵抗剪力的作用。采用这种连接节点，在宿舍区可以完全实现模块外连接施工，在连廊区也仅有很少部分的模块内连接施工，能够大幅降低施工难度和施工成本。
基金项目：四川省大学生创新创业训练项目（S201910622042）