李其廉，张媛媛，潘政华

（1.河北科技大学建筑工程学院，河北 石家庄 050000；2.莒南县建设安全工程质量服务中心，山东 临沂 276600）

1 概述

装配式钢结构是用于工业建筑物的高效结构形式，一直是国内外研究的热点。装配式钢结构的新型建筑技术的工业化已成为一个战略主题，其优点是较高的建筑效率，良好的质量，符合绿色建筑的要求，顺应我国建筑工业化的发展方向。在美国、日本等发达国家，装配式建筑技术已经成熟地运用到实际工程中。而我国在此方面仍存在体系不够成熟、研究技术滞后等方面问题，处在推广和应用的关键时期。

带有钢管混凝土（CFST）柱的结构由于其优异的强度，延展性和施工便利性而被广泛使用了几十年。其中最重要的部件钢管混凝土框架结构是梁柱连接，连接方式是提高装配式钢结构施工效率的关键。节点往往是整个框架结构中的薄弱位置，整个建筑抗震性能的关键取决于连接性能的好坏。方钢管混凝土柱的优点在于钢管提供了约束，从而增加了混凝土的刚度和强度，同时混凝土降低了管壁局部和整体屈曲的可能性。此外，钢管柱在施工中取消了柱模板，其结构具有绿色与经济两大特点，具有很好的建筑适用性。因此，在多高层建筑中常用此类柱截面形式，此种装配式钢框架结构体系逐渐成为钢结构建筑的未来发展方向。

通过对现阶段国内外装配式方钢管梁柱连接节点的研究进行梳理并总结，本文将节点形式分为了套筒式、悬臂式、桁架式、梁贯通式和模块化节点四种形式来进行综述，希望可以为研究人员提供相关参考。

2 装配式方钢管梁柱连接节点研究现状

装配式方钢管柱与梁连接节点的研究起着非常重要的作用，确保了整个建筑物的结构完整性，整体稳定性和坚固性。这些连接主要可分为套筒式梁柱连接、悬臂梁式梁柱连接、桁架式梁柱连接、梁贯通式梁柱连接等节点连接类型。

2.1 套筒式梁柱连接节点

在现有的钢框架建筑中，因为在闭口截面构件中，螺栓施工困难，装配过程难以实现，所以套筒成为了解决闭口截面中梁柱连接的有效手段。套筒将上下柱拼接在一起，可以增强节点的坚固性及方便螺栓的施工，所以，套筒连接往往应用于方钢管柱与工字型梁的连接节点中。这包含了内套筒和外套筒。

张茗玮等提出了一种新型方钢管内套筒—T型件连接的节点形式，具体安装步骤见图1所示。采用有限元分析的方法分析发现，内套筒—T型件节点连接具有较好的延性和耗能能力。但是其钢管内套筒—T型件连接节点的力学性能还需要通过试验进一步研究。

图1 钢管内套筒-T型件梁柱连接节点

王辉提出了一种方钢管混凝土内套筒柱—H型钢梁装配节点，见图2和图3所示。图2和图3节点采用循环往复荷载试验和有限元分析分别进行了深入研究，发现节点的滞回曲线、骨架曲线走势也基本一致，该节点具有较好的延性和塑性变形能力，在一定程度上，增加端板的厚度，能够提高其耗能性能、承载力和刚度。

图2 方钢管上柱组装示意图

图3 节点拼装示意图

龚江炜提出一种带外置套筒的新型装配式十字型节点，采用低周往复加载试验对其与传统的现浇节点比较，梁柱构件在工厂中预制，将预制好的钢筋错位搭接锚固于节点核心区，采用预制外部钢套筒来提高节点的受力性能。通过对其钢套筒的厚度、焊缝、钢筋的锚固、截面形式以及施工等措施优化，可以提高节点的机械性能。

图4 钢套筒尺寸详图

刘坚等提出了一种新型外套管式钢管混凝土柱—钢梁单边螺栓端板连接节点，可以加强节点区域中钢管柱壁的强度。通过建立有限元模型进行单调加载，对其连接节点的破坏和损伤机理进行了分析，并提出M—θ模型。Liu等提出了一种基于钢—混凝土部分组合结构的新型插装式装配式混凝土梁柱连接方式见图5所示，以预制连接的核心区域，通过对七个插入式装配连接标本和一个现浇接头进行低周往复载荷试验比较，并分析了试件的响应特性，发现这种类型的装配连接的能量消耗能力和初始刚度比整个现浇接头略低，但是装配连接的承载能力更高。

图5 插件组装连接3D模型

2.2 悬臂式梁柱连接节点

悬臂短梁式装配式梁柱连接节点是指悬臂梁段与柱在预制场加工，后运输至施工现场用螺栓进行拼接。这样既保证悬臂梁段与柱之间的焊接质量，且具有较好的装配性能。

赵晨甫等将T型方钢管柱和H型钢梁通过端板用高强螺栓拼接在一起，形成悬臂式装配式梁柱连接结构见图6所示。郭志鹏等提出了带Z字形悬臂梁段和削弱梁段的梁柱节点见图7所示，该节点适用于模块化装配式钢结构的节点，其先在工厂将钢梁和楼板组装模块化，再在施工现场将梁板模块和柱子模块装配形成该梁柱节点。张爱林等提出了一种带悬臂梁段装配式钢结构梁柱—柱法兰连接节点见图8所示，该节点由圆钢管上柱、带法兰圆钢管下柱、普通梁段及其之间的连接件组成。

图6 悬臂式装配式梁柱模型

图7 梁端连接构造

图8 端板式装配式钢结构梁柱节点

以上的三种悬臂梁式梁柱连接节点，对力学性能研究如下。

①图6中有贴板和无贴板的模型，文献进行了有限元模拟分析和低周往复荷载试验发现：改变梁柱截面尺寸、梁端板的长度以及增加贴板，影响节点的承载力、初始刚度、刚度和强度退化稳定等。

②图7中通过对节点试件有限元分析发现：该节点具有良好的滞回性能、耗能性、延性，可以在悬臂梁段翼缘开大孔或者方钢柱内隔板替换为三角形垂直加劲肋。

③图8主要对5个节点试件进行数值研究分析表明：翼缘连接盖板螺栓数量对于节点承载力并没有较大的影响，而对其产生较大影响的是翼缘连接盖板连接刚度和试件极限承载力。

悬臂梁式梁柱的连接节点常通过螺栓和焊缝进行连接，存在焊缝断裂以及螺栓凹屈的现象，因此在抗震设计时，需对节点域进行加强，如设置加劲肋、T型件翼缘板等构造措施。

2.3 桁架式梁柱连接节点

桁架梁柱连接在我国装配式钢结构项目中应用较为普遍，但是在钢结构中的桁架梁柱连接节点的研究较少。

李普等对两个足尺的试件装配式方钢管柱桁架梁节点进行单调和往复荷载下的试验，并进行对比研究见图9所示。S.Afshan等将电缆运用到高强度的钢拱形桁架梁中，其中桁架由三部分组成，并在底部和顶部弦上具有两个螺栓连接组件见图10所示。为了降低节点域的剪切力，Piero等首次尝试将耗散摩擦连接应用到梁柱节点见图11所示，该节点由半预制混合钢桁架混凝土梁(HSTCB)和钢筋混凝土柱组成。

①图9中对两个足尺的试件装配式方钢管柱桁架梁节点进行单调和往复荷载下的试验并进行对比研究，构件的破坏都是从梁内腹杆的压屈开始的，两试件的柱未发现破坏，破坏均属于梁破坏。

图9 桁架梁柱节点构造

②图10中通过试验和数值分析，研究发现：包埋和预应力可以延迟下弦杆的屈服，并提高桁架的承载能力，最终破坏的是顶部弦杆的面内或面外屈曲。说明这种结构系统非常适合大跨度的应用。

图10 拱形桁架试验构件示意图

③图11在框架结构的HSTCB与柱节点中引入摩擦阻尼器的方法，发现节点域中的原件所承受的剪切力远远超过了作用于梁的剪切力。

图11 带耗散摩擦连接的桁架式梁柱节点

桁架式梁柱节点形式具有较好的延性性能，近年来很多学者通过添加连接件，更好地提高了节点的刚度和承载力，符合规范中的抗震设计要求，能够在实际工程中应用和推广。

2.4 梁贯通式梁柱连接节点

将梁连接到柱的另一种方法是将梁法兰、腹板或整个横截面穿过钢管，这些可以被称为“直通梁”连接。即在节点域中梁保持连续贯通的状态与柱相连接的一种形式称为梁贯通式方钢管柱连接。

最初在日本开发了一种新型的耐损伤结构系统，称为TOCBBTF（仅受拉同心支撑的直通框架）。TOCBBTF框架通常由冷弯型钢方管柱、H型钢贯通梁和使用扁钢筋的细长X型支撑组成，支撑的抗压强度忽略不计。Wang等对其进行了改进，柱用高强度螺栓固定在端板的通梁上，支撑用扣板连接到柱上。图12中节点采用ABAQUS进行Pushover分析和准静态分析并发现，支撑和框架之间的刚度比对TOCBBTF的地震响应有显著影响，循环响应的特征在于线性响应，节点在低层建筑时表现出出色的延展性。

图12 贯通式梁柱节点组件的有限元模型

刘浩晋等对分层装配式支撑钢结构工业化建筑梁贯通式节点进行了研制改进和性能试验，此节点连接中，柱为方钢管，梁翼缘大于截面横向尺寸，并采用端板和高强螺栓连接于H形钢梁的翼缘上。梁贯通式节点破坏模式有两种模式：柱截面破坏和梁翼缘破坏。

梁贯通式梁柱节点具有构造简单、施工方便、易于装配化预制等优点，由于其有利于装配式钢结构的推广，特别适宜于低多层钢结构住宅。

3 结语

本文结合国内外学者对于装配式方钢管梁柱连接节点的研究，对各类节点进行了综述。近几年，梁柱连接节点的研究成为热点，但是还存在许多问题亟待改善。

①套筒式梁柱连接的研究主要集中在套筒的厚度和高度、外环板的长度和厚度、柱套筒与梁间的缝隙等定性参数的改变，应进一步对连接件的力学性能等进行深入的研究，可以建立相应的试验数据库，为进一步制定节点相关的规范作准备。

②悬臂式梁柱连接的节点试件容易焊缝撕裂、脆性破坏等，严重影响了节点的破坏形态，建议加强节点的构造措施和施工质量。

③桁架式梁柱装配式节点在现实生活中应用广泛，但是其研究成果较少。研究者可以针对桁架梁的高度、腹杆布置方式等因素对节点抗弯性能展开研究。

④在国内外研究中，均认为梁贯通式节点柱由于其违背“强柱弱梁”的原则，所以很难实现在高层结构中的应用，对于其是否可以在高层中实现应用，还需进一步地开展研究，可能是未来研究的热点。

⑤新型装配式梁柱连接节点设计还较少，实现在地震、爆炸、雪荷载等偶然作用下的梁柱连接节点的抗侧力性能以及破坏后的检测和加固是以后研究的重点。