本文是一篇土木工程论文，本文采用ABAQUS分析软件建立了采用交叉U型连接件的组合墙—钢梁节点有限元模型，通过改变 U 型连接板厚度、U 型连接板长度、螺栓直径以及钢梁跨高比 4个参数衍生了 19 个有限元模型，分析了单调加载作用下各参数变化对节点破坏特征、承载力和初始刚度的影响以及低周往复荷载作用下各因素对节点抗震性能的影响，得出以下结论：（1）采用交叉 U 型连接件的组合墙—钢梁节点有较好的塑性变形能力，节点的破坏位置在钢梁翼缘与 U 型连接件相交处发生，U 型连接件的存在可以使塑性铰外移，延缓节点核心区的破坏。
1 绪论
1.1 课题研究背景
近年来，随着我国人口数量的增加和土地价格的上涨，为了更加高效合理地使用土地和获得更大的利润，越来越多的超高层公共建筑在各个城市中拔地而起。超高层建筑要求结构拥有更大的侧向刚度，以避免建筑在风荷载等水平荷载作用下产生较大的侧向位移，从而保证人们的生命和财产安全。由于侧向刚度较小的传统框架结构已经很难适应高层建筑结构的刚度要求，各种形式侧向刚度较大的剪力墙结构开始出现，从施工工艺来说，传统的钢筋混凝土剪力墙一般为现场整体浇筑，其整体性能优异，但从施工效率以及对环境的影响来说，其缺点也是非常明显的，施工周期长，生产效率低，劳动成本较高，现场湿作业中水资源以及支模板所使用的木材等资源和能源消耗也较大，环境污染严重；鉴于此，施工工艺更加合理有效的预制装配式剪力墙结构逐渐发展起来，在工厂标准化加工生产结构构件，使得构件的生产效率和质量都得到了有效得提高，同时降低了人工成本，现场安装，能源消耗大大减少，现场湿作业的减少有效降低了噪声和环境污染。相关数据显示[1]，工厂预制构件，可以减少 60%的材料使用量，增加 66%的回收再利用材料，减少 83%的施工垃圾，至少节省 50%的建筑耗能以及 89%的施工人员，这对于资源的节约、环境的保护以及项目成本的控制无疑是至关重要的，也是未来建筑结构行业发展的潮流。
钢筋混凝土组合剪力墙作为抗侧力构件已经广泛应用于高层建筑体系中，但由于其易开裂、延性差，因此具有良好延性且施工简单的钢板混凝土组合剪力墙逐渐受到了广泛的关注并在实际工程创新中应运而生。1997 年，外包钢板混凝土组合剪力墙被工程师应用于旧金山的医院项目工程，其钢板厚度在 12mm~32mm 之间，内填混凝土的厚度为 0.5m；2008 年，北京中国国际贸易中心，核心筒结构被应用于三期工程的主塔楼的 16 层以下，该结构形式均采用了钢板—混凝土组合钢板剪力墙，最终在经济和质量上均获得了巨大的回报。钢板混凝土组合剪力墙充分利用了钢材这种绿色环保建筑材料，大量减少了混凝土材料的使用，不但有利于推进标准化加工和装配式施工，而且节约了资源，顺应我国计划中提出的大力发展绿色建筑，绿色施工进而转变建筑业发展方式的需求。
..........................
1.2 国内外研究现状
本文主要围绕采用交叉 U 型连接件的组合墙—钢梁节点在单调荷载和低周往复荷载作用下的受力性能进行研究，节点的构造形式有望应用于装配式钢结构或组合结构建筑工程中，因此对装配式建筑的发展、钢板混凝土组合剪力墙和剪力墙梁墙节点的国内外研究现状进行了梳理总结。
1.2.1 装配式建筑的发展
国外装配式钢结构建筑的萌芽出现于二战结束后，各国陆续开始了战后重建工作，但由于战后建设项目较多，造成了劳动力不足，劳动成本提高，资源短缺等现象，极大地刺激了建筑业在结构形式方面的发展，为了加快建筑施工进度，预制装配式结构成为了建筑结构形式的最佳选择，使得建筑产业朝着高速发展的方向迈进。装配式结构是指除地下作业为现场施工，其余大部分结构构件均在车间进行生产，然后在现场将其拼装以完成建筑目标[2]。
最初的装配式结构项目被认为是1851年英国著名的花匠艺术家约瑟夫·帕克斯顿为世博会而建造的水晶宫[3]，如图 1.1 所示；而装配式结构技术源于 1875 年英国工程师 William Henry Lascell 申请并过得“Provement In The Construction Of Building”专利，他提出在建筑承重结构上拼接预制混凝土墙板的施工方案[4]，之后此项技术广泛应用于英国住宅建筑中；美国早期最著名的装配式建筑 8 号住宅是由查尔斯等人设计建造的，其钢桁架等主体结构在 4 天之内便全部搭建完成；20 世纪 70 年代，美国通过了工业化建筑建造及安全的相关法案[5]，之后编写了《PCI 设计手册》，系统的阐述了装配式建筑结构的设计的方法，为世界各国装配式建筑的发展提供了理论基础；德国受益于其早期建筑施工机械化的影响，装配式建筑工厂化水平得到了极大的发展，1927 年在德国举办的住宅展，21 栋建筑工程项目 21 个月内交付，建造技术大部分运用了预制混凝土板技术，17 号建筑采用了干装配式，如图 1.2 所示，近年来德国能耗降低水平及装配化水平遥遥领先于世界，被动式施工技术也取得了一定的发展；法国装配式建筑钢结构技术起源也比较早，工程师让·普鲁维（Jean Prouvé）设计建造了法国首个预制钢结构玻璃幕墙建筑 Maison du Peuple（1936—1939,与 EugèneBeaudouin，Marcel Lods 合作），如今装配式混凝土框架结构体系已经被广泛应用，装配率达到了 80%以上[6]；日本早期的装配式建筑应用于多层住宅，以木结构为主，后期主要发展的装配式混凝土结构多应用于中高层建筑，由于日本地区地震多发，为了保证建筑的质量和安全，相关部门制定了相关法律法规，并将装配式建筑的研究重点放在其抗震技术上[7]。
......................
2 基于交叉 U 型连接件的组合墙—钢梁节点设计
2.1 节点设计原则
一般来说，节点设计一般有两个主要原则，一是“强节点弱构件”原则，即节点处具有足够的延性保证结构的整体性；二是”强焊缝弱钢材”原则，焊缝的承载力高于构件，当构件受力屈服时，其屈服截面会远离焊缝，从而大大增加整个结构体系的延展性。
国家相应建筑规范中明确提出节点设计时应该参考以下规则：
（1）节点形式应当构造合理、传力途径简单明确、节约资源、便于施工、整体性能优越。
（2）节点设计时，应当保证节点处拥有足够的承载力和延性。焊接连接时，避免出现焊缝处应力集中等质量问题；螺栓连接时，要注意其韧性要大于焊缝，重要构件的连接采用符合标准的高强螺栓。
（3）节点抗震设计时，构件应当按照多遇地震组合来确定截面，连接处设计应当满足构造要求，根据弹塑性进行设计，连接的极限承载力应当大于构件的全塑性承载力。
............................
2.2 节点构造形式
如图 2.1 为采用交叉 U 型连接件的组合墙—钢梁节点示意图，节点由剪力墙、钢梁和交叉 U 型连接件三部分组成，剪力墙与交叉 U 型连接件的一个 U 型端通过高强对拉螺栓固定连接，钢梁与交叉 U 型连接件的另一个 U 型端通过高强螺栓固定连接。其中剪力墙为组合墙，混凝土浇筑前在设置对拉高强螺栓处预留孔洞；钢梁形式为 H型钢梁，其梁端上、下翼缘设置有双排固定孔，双排设置的固定孔以梁腹板对称设置，通过高强螺栓与交叉 U 型连接件的 U 型端上对应的固定孔固定连接，其腹板与交叉U 型连接件的 U 型端采用角焊缝焊接连接；交叉 U 型连接件与钢梁配合连接的 U 型端的两侧为楔形连接板，且楔形连接板一端与钢梁的翼缘平齐，另一端通过设置放坡与剪力墙翼缘平齐。
图 2.1 采用交叉 U 型连接件的组合墙—钢梁节点
采用交叉 U 型连接件的组合墙—钢梁节点被拆分成剪力墙、钢梁和交叉 U 型连接件三部分，改善以往预制构件体积大、运输困难的问题；通过“多螺栓，少焊缝”连接，减少以往大量焊接连接引起应力集中和焊缝质量的问题，减少了加工时的焊接工作量，节点构造更加简单，且施工方便，能有效保证施工的质量和施工速度，可实现预制节点的标准化、模数化生产，促进产业化发展。
..............................
3 节点静力性能分析................................18
3.1 有限元模型的验证....................................18
3.2 节点有限元模型的建立...........................................21
4 节点抗震性能分析......................................39
4.1 BASE 节点模型破坏过程及受力分析...................39
4.2 U 型连接件厚度对节点抗震性能的影响............................41
5 结论和展望.............................61
5.1 结论...................................61
5.2 展望........................................61
4 节点抗震性能分析
4.1 BASE 节点模型破坏过程及受力分析
如图 4.1（a）为 BASE 节点模型在拟静力作用下破坏时的应力云图，图 4.1（b）~（g）分别为模型各构件破坏时的变形和应力云图。在梁端施加位移荷载初期，BASE模型各构件的应力均较小，最大应力在与钢梁上翼缘连接的 U 型连接件角部处出现，钢梁上产生的应力很小；当梁端位移荷载增加至y0.5 （y 为屈服位移）时，模型各构件应力逐渐发展，与钢梁上翼缘连接的 U 型连接件角部处应力增加明显，钢梁
