装配式钢结构具有重量轻、强度高、抗震性能优越、施工速度快、工业化程度高的优点。在钢框架结构中,梁柱节点对结构承载力和抗震性能具有重要影响。本文提出了一种新型方钢管柱-H型钢梁装配式外套筒连接节点,采用理论分析、试验研究和有限元分析相结合的方法,对该新型节点的抗震性能进行了深入研究。(1)设计制作了3个十字型外套筒连接节点试件,进行低周反复加载拟静力试验。试验研究表明:(1)钢梁焊接型外套筒连接节点具有良好的抗震耗能能力;随外套筒壁厚增大,节点抗震耗能能力提高,满足“强节点、弱构件”抗震设计原则。钢梁焊接型外套筒连接节点的等效粘滞阻尼系数和等效耗能系数均大于钢梁螺栓连接型外套筒连接节点的相应系数。由于高强螺栓滑移及外伸端板过早屈服,钢梁螺栓连接型外套筒连接节点与钢梁焊接型外套筒连接节点相比,抗震耗能能力有所降低。(2)所有试件的延性系数均大于3.0,表明外套筒连接节点具有较强塑性变形能力,满足《抗震规范》的要求。节点延性随外套筒壁厚的增加而降低。(3)试件的初始转动刚度随外套筒壁厚增大而提高,试件ST-1W的初始转动刚度比试件ST-2W的初始转动刚度增大约19%。所有试件在极限承载力下降到85%之前,节点转角均超过美国抗震规范所要求的0.035rad,表明外套筒连接节点具有较大的转动能力,能够满足“强节点”和“大震不倒”的抗震要求。(4)梁柱采用高强对拉螺栓连接会产生“对拉效应”,使节点具有较大的转动能力,但过于显著的“对拉效应”,使节点产生滑移、滞回环产生“捏缩”,节点抗震耗能能力降低。(2)针对试验试件进行了非线性有限元数值分析,从破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、弯矩-转角曲线、刚度退化曲线和抗震性能指标等方面与试验结果进行对比分析。有限元数值分析结果与试验结果吻合较好,证明应用该方法研究外套筒连接节点的力学性能具有可行性和有效性。(3)通过非线性有限元数值分析方法,进行参数化建模,研究节点在单调加载时表现出来的静力性能。根据分析结果研究外套筒壁厚、高强对拉螺栓直径、外伸端板厚度等节点参数对节点破坏形态、屈服承载力、极限承载力、初始转动刚度等性能的影响规律。研究表明:在一定范围内节点抗弯承载力随外套筒壁厚增大而提高,外套筒壁厚每增加2mm,抗弯承载力提高约14%。随外套筒壁厚增大,节点延性降低;随外套筒壁厚增大,节点初始转动刚度增大。当节点的屈服由外套筒壁和柱壁屈服控制时,随高强对拉螺栓直径的增大,节点极限承载力和延性基本不变,节点的初始转动刚度基本不变。当外伸端板厚度较小时,节点的屈服由外伸端板控制,节点抗弯承载力随外伸端板厚度的增大而提高;当外伸端板厚度超过一定值时,节点的屈服由外套筒壁和柱壁屈服控制,此时增加外伸端板厚度对节点抗弯承载力和转动刚度基本无影响。(4)通过试验应变分析和有限元应力路径分析,研究节点的屈服机制。钢梁焊接型外套筒连接节点的屈服顺序为:钢梁翼缘屈服、外套筒及柱壁受压屈服,节点屈服后外伸端板纵向受压屈服、高强对拉螺栓屈服。采用钢梁螺栓连接型外套筒连接节点,会导致外伸端板早于外套筒屈服。(5)基于屈服线理论,通过分析方钢管柱-H型钢梁装配式外套筒连接节点的传力机理,建立外套筒连接节点的外套筒壁、柱壁的抗拉承载力公式和外伸端板抗拉承载力公式,进而建立节点抗弯承载力计算模型和理论计算公式。节点抗弯承载力理论计算值与试验值、有限元模拟值吻合较好,证明节点抗弯承载力理论计算公式具有合理性,可为装配式钢结构的设计与工程应用提供参考。