高层钢结构节点连接形式的力学性能试验分析

城市化进程加快，高层钢结构建筑凭借自重轻、强度高、施工速度快的优势得到广泛采用。节点连接是钢结构的重要部位，其形式和性能直接影响到建筑物的安全稳固。文章通过力学性能试验，全面剖析高层钢结构各类节点连接形式的特性，找出改进方向，给工程设计给予关键参照。

一、高层钢结构节点连接的构造类型及受力特征

（一）焊接刚性节点的结构特性与性能分析

随着城市化进程的不断加快，高层建筑及超高层建筑在各地区陆续出现，对钢结构的应用也日益增多。超高层建筑受风荷载和地震作用的水平向影响，会产生一系列的安全问题，因此大多数设计师会考虑采用在安全性和稳定性方面具备显著优势的钢结构。通过对钢结构的大范围应用，在一定程度上解决了安全性和稳定性问题，因此需要进一步进行钢结构研究，尤其需要加强研究超高层钢结构建筑钢柱钢梁连接结构设计及安装工艺，以最大限度地在超高层建筑中广泛应用钢结构，促使高层建筑和超高层建筑中钢结构的应用愈发成熟。焊接刚性节点通过全熔透焊缝实现梁柱刚性连接，能有效传递弯矩与剪力，节点刚度大，但焊接残余应力易导致脆性破坏，需控制焊接工艺与节点构造。

（二）螺栓连接节点的构造特点与传力路径分析

螺栓连接节点凭借装配方便、施工灵活、可拆卸性好的特点，在模块化、可持续建筑体系里得到广泛应用。它的基本构造由高强螺栓、连接板以及接触面构成，依靠螺栓剪切和板件承压共同传递力。节点的受力路径清晰，承载过程中伴随微滑与压紧，让连接区域具备一定的能量耗散能力。螺栓连接节点在最初阶段主要靠摩擦力保持稳定，随着荷载增大逐渐转入接触受力和塑性阶段，显示出较好的延展性。它的受剪和受拉性能同螺栓预紧力和摩擦系数密切相关，安装精度和构造细节也会影响节点性能。

二、高层钢结构不同连接形式的力学性能试验分析

（一）焊接刚性节点的破坏模式及抗震性能特性

静力与低周反复荷载试验中，焊接刚性节点大多表现为以焊缝开裂或者热影响区剪切破坏为主。试验表明，在受弯与剪切共同作用下，节点的应力集中部位主要位于梁翼缘与柱面相接的角部。焊缝的质量以及根部的几何形状对节点的初始刚度和峰值承载力起着决定性的影响。当节点延性不足时，受力后期会发生脆性断裂，造成连接失效并使结构完整性降低。通过设置加劲肋、改变焊接顺序或者采用改良焊缝形式（双面坡口焊接），能够明显提升节点的变形能力和耗能性能。抗震性能评价结果显示，在合理的构造设计和焊接工艺控制之下，焊接刚性节点可以符合中高烈度地震作用下的塑性发展要求，具有比较强的延性储备。

（二）螺栓连接节点承载机制与滑移行为研究

通过剪切加载及反复循环试验能够看到，螺栓连接节点在最初加载的时候有着明显的滑移区段，这一区段对应的便是摩擦作用所引起的力学反应。之后便进入了稳定的承载阶段，此阶段主要靠螺栓受剪以及孔壁挤压来共同控制承载能力。节点在试验过程中的位移发展及其滞回曲线体现出典型的滑移平台和刚度退化情形，这表明节点具备不错的能量耗散能力。螺栓的预紧力对节点性能有着显著的影响，如果预紧力过低，就会减小节点的抗滑能力；如果预紧力过大，又会引发局部板件发生屈服或者连接失稳。不同螺栓布置形式，比如交错排布、单侧布置等，会对受力模式和承载上限产生明显的调节效果。要想改进节点的稳定性并提升其在重复加载条件下的可靠程度，可以尝试改变接触面的粗糙度，采用大直径螺栓或者添加剪力键这些方法来进行加强，以此改善节点滑移控制和疲劳寿命。

（三）组合连接节点协同承载能力的试验研究

组合连接节点在加载试验中显示出较强的协同变形能力和较高的极限承载力。在加载的早期阶段，焊接区域迅速进入受力状态，并主导弯矩承载，而螺栓连接部分则较为缓慢地建立起摩擦与剪力响应，形成了受力路径的转变过程。在接近峰值荷载时，焊接翼缘区域大多呈现屈服扩展现象，螺栓区域则主要承担着剪力调节的任务，构件整体的变形能力要比单节点形式来得更好一些。从滞回曲线当中可以看出，此类节点具备比较饱满的能量耗散能力和不错的变形恢复性能。抗震试验里，它在滞回稳定性方面比焊接或者螺栓节点好，刚度退化速度低，耗能指标高。破坏形式大多是局部屈曲和焊缝剥离结合的形式，没有出现整体断裂或者失稳。控制焊接长度，改善螺栓布置，设置柔性节点环节，可以进一步改进节点的抗震韧性、安全冗余度，让它符合复杂荷载作用下的高层结构需求。

（四）不同连接节点在实际结构中的应用比较分析

在模拟高层框架结构整体构件的拟静力试验中，不同的连接节点对结构整体响应的影响是明显的。焊接刚性节点形成的结构体系刚度大、侧移控制能力强，但是极限状态时变形集中，塑性发展能力有限。螺栓节点体系位移调节能力好、滞后的耗能特性好，适用于地震多发区的可恢复构造体系。组合连接体系在整体结构中表现出刚度高、延性高的特点，在结构弹塑性阶段具有良好的力学行为调节能力。结构振动试验里，组合连接节点的频率响应范围较广，阻尼效果明显，有益于抑制结构共振响应。工程实际显示，要依照不同的功能区域和荷载特性来挑选恰当的连接形式，采用混合节点布置方式可以在保证承载能力的同时做到结构轻量化和柔性控制。节点连接的选择和设置既影响局部构件的性能，又关乎整体结构的动力响应和安全冗余水平，是高层钢结构设计优化中的关键控制要素。

三、结束语

高层钢结构节点连接形式直接关系到结构的受力传递路径与整体性能表现。通过对不同的连接形式受力行为及破坏方式的力学试验，可以为连接构造的优化及抗震设计提供依据。在试验研究的基础上，加强连接形式的数值仿真与设计标准的相互融合，实现连接设计的参数化、系统化、高性能化发展，推进高层钢结构体系的安全可靠、可持续发展。

参考文献

[1] 林 晨 . 钢 结 构 建 筑 连 接 节 点 性 能 试 验 研 究 [J]. 江 西 建材 ，2024，（11）：307- 309+318 .

[2] 许燚 . 装配式梁 - 柱钢结构全螺栓连接节点的力学性能和抗震性能研究 [J]. 四川水泥 ，2024，（07）：94- 96.

[3] 张泽宇 ， 曾立静 ， 王月栋 ， 等 . 装配式 Z 形钢结构梁柱连接节点力学性能研究 [J]. 工业建筑 ，2024，54（08）：62- 69.