学术论文分享|模块化钢结构全螺栓连接研究
前言：模块化建筑的新挑战模块化建筑凭借其工厂化预制和现场快速安装的优势，已成为建筑工业化的重要方向 。但在实际应用中，模块间的连接（Inter-module connection）一直是技术核心和难点。复杂的节点细节、低效的现场安装以及不确定的抗震性能，制约了其大规模推广 。
今日分享一篇来自《Journal of Constructional Steel Research》的最新研究，提出了一种新型全螺栓模块间连接（FBIM），为解决这些痛点提供了新思路 。
一、 核心构造：八个模块，一“键”连接
该研究提出的 FBIM 连接系统由四大核心组件构成 ：
1. 模块间连接件 (Inter-module connector)：作为核心受力部件，负责上下层模块间的荷载传递 。
2. 梁端连接件 (Beam-end connector)：出厂前预焊接在模块梁柱端部，用于增强局部刚度 。
3. 单面螺栓 (Blind bolts)：用于紧固下层模块与连接件 。
4. 对穿螺栓 (Through bolts)：用于紧固上层模块与连接件 。
这种设计实现了八个模块单元（上四下四）的完全集成，且全过程无需现场焊接，极大提升了组装效率 。
二、 试验探究：全比例抗震性能测试
研究人员设计并制作了两个全比例节点试件（MJ-1 和 MJ-2），进行了低周往复加载试验 ：
1. 变量设置：对比了不同长度（300mm vs 400mm）的梁端连接件对性能的影响 。
2. 加载方案：采用力-位移双控协议，并保持 1400kN 的恒定轴力以模拟真实工况 。
三、 关键发现：强柱弱梁，塑性铰外移
通过试验与 ABAQUS 有限元模拟分析，研究得出以下核心结论：
理想的破坏模式：试件最终表现为梁端塑性铰破坏，而柱墙、连接件及焊缝均保持完好，完美实现了**“强柱弱梁”**的抗震设计目标 。
有效的“塑性铰外移”：由于梁端连接件的局部强化作用，塑性铰成功由梁端向外移动了约 10cm。这有效缓解了节点核心区的应力集中，保护了关键焊缝 。
性能提升：较长的梁端连接件（MJ-2）不仅增加了节点的初始刚度，还使承载力提升了约 8.7%，且具有更好的耗能能力 。
滞回表现优异：滞回曲线呈现饱满的梭形，无明显捏缩现象，展现了卓越的延性和能量耗散能力 。
典型试件MJ-1破坏模式
典型试件MJ-1滞回曲线 
典型试件MJ-1数值验证
四、 理论赋能：初始旋转刚度模型
除了实验，研究者还推导了 FBIM 连接的初始旋转刚度理论公式 ：
该模型将节点变形分解为：梁变形、柱弯曲变形和节点核心区剪切变形三部分 。
理论预测值与实验结果吻合良好，可直接引入整体结构分析模型中，为半刚性框架设计提供精准指导 。
总结与展望
本研究证明了全螺栓连接（FBIM）在模块化钢结构中的可靠性。它不仅解决了现场安装效率问题，更通过结构创新实现了优异的抗震防护效果 。对于追求高工业化率和高安全性的工程项目，这种装配的连接形式无疑具有广阔的应用前景。
原文索引：Experimental and theoretical study on fully-bolted inter-module connections in modular steel frames, Journal of Constructional Steel Research 241 (2026) 110299.
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