方鋼管混凝土柱—工字鋼梁節(jié)點能研究.pdf

1、方鋼管混凝土鋼框架結(jié)構(gòu)由于具有綜合經(jīng)濟效益好、強度高、延性好、抗震性能優(yōu)越、施工周期短等優(yōu)點，其應(yīng)用越來越廣泛。但我國對方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點的理論和試驗研究較少，因此開展方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點的受力性能研究，對于促進方鋼管混凝土柱框架的推廣應(yīng)用具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價值。 目前，對方鋼管混凝土柱與鋼梁剛性連接節(jié)點的研究主要是針對內(nèi)隔板式節(jié)點，柱多為焊接方鋼管。本文根據(jù)多層建筑中采用冷成型方鋼管柱的特點，研究了

2、外隔板式節(jié)點和豎向加勁肋式節(jié)點的受力性能。 方鋼管混凝土鋼框架結(jié)構(gòu)由于具有綜合經(jīng)濟效益好、強度高、延性好、抗震性能優(yōu)越、施工周期短等優(yōu)點，其應(yīng)用越來越廣泛。但我國對方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點的理論和試驗研究較少，因此開展方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點的受力性能研究，對于促進方鋼管混凝土柱框架的推廣應(yīng)用具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價值。 目前，對方鋼管混凝土柱與鋼梁剛性連接節(jié)點的研究主要是針對內(nèi)隔板式節(jié)點，柱多為焊接方鋼管

3、。本文根據(jù)多層建筑中采用冷成型方鋼管柱的特點，研究了外隔板式節(jié)點和豎向加勁肋式節(jié)點的受力性能。 本文設(shè)計了2 個外隔板式和2 個豎向加勁肋式方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點試件，進行了節(jié)點的低周反復(fù)加載試驗，研究了這兩種節(jié)點在反復(fù)循環(huán)荷載作用下的滯回性能、耗能能力、延性、應(yīng)力分布規(guī)律和傳力機制。而后根據(jù)外隔板式和豎向加勁肋式方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點試件的實際尺寸進行三維實體建模，運用有限元軟件ANSYS 進行非線性分析，有限元分

4、析得出的結(jié)果與試驗結(jié)果較為吻合。最后通過對10 個不同參數(shù)的外隔板式方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點模型的非線性有限元分析，探討了外隔板寬度、梁翼緣變截面斜率對節(jié)點性能的影響。 試驗和有限元分析結(jié)果表明，這兩種節(jié)點具有足夠的承載力以及較好的延性和耗能能力。外隔板式節(jié)點在梁端主要由柱角附近的外隔板承受彎矩，梁端彎矩一部分由梁翼緣通過柱腹板兩側(cè)隔板傳遞到柱腹板和核心區(qū)混凝土，另一部分則主要通過柱角內(nèi)側(cè)有效寬度范圍內(nèi)的隔板傳遞給柱翼緣和

5、核心區(qū)混凝土。豎向加勁肋式節(jié)點梁端彎矩主要由梁翼緣向兩側(cè)的豎向加勁肋傳遞，并通過豎向加勁肋傳遞給柱腹板和核心區(qū)混凝土。外隔板式節(jié)點和豎向加勁肋式節(jié)點的塑性鉸都出現(xiàn)在梁翼緣變截面最窄處，但梁翼緣變截面在豎向加勁肋外的節(jié)點的塑性區(qū)域長度大于梁翼緣變截面在豎向加勁肋內(nèi)的節(jié)點。節(jié)點域剪力由鋼管壁和核心區(qū)的混凝土共同承擔(dān)，節(jié)點核心區(qū)混凝土應(yīng)力較大的區(qū)域呈傾斜的帶狀分布，符合斜壓桿受力機制。對外隔板式節(jié)點建議梁翼緣變截面斜率（α tg c ）可取2

6、~4，梁端翼緣的有效寬度可取0.5 倍柱寬與2/3 倍柱腹板兩側(cè)外隔板外伸寬度之和。 外隔板式節(jié)點和豎向加勁肋式節(jié)點的受彎和受剪機理及梁上塑性鉸出現(xiàn)位置不同于常規(guī)節(jié)點，本文根據(jù)試驗和理論分析，并參考相關(guān)設(shè)計規(guī)程，推導(dǎo)了外隔板式節(jié)點和豎向加勁肋式節(jié)點的節(jié)點抗彎承載力和抗剪承載力、強柱弱梁驗算和強節(jié)點弱桿件驗算表達式，給出了節(jié)點的設(shè)計建議。 進行了節(jié)點的低周反復(fù)加載試驗，研究了這兩種節(jié)點在反復(fù)循環(huán)荷載作用下的滯回性能、耗能

7、能力、延性、應(yīng)力分布規(guī)律和傳力機制。而后根據(jù)外隔板式和豎向加勁肋式方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點試件的實際尺寸進行三維實體建模，運用有限元軟件ANSYS 進行非線性分析，有限元分析得出的結(jié)果與試驗結(jié)果較為吻合。最后通過對10 個不同參數(shù)的外隔板式方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點模型的非線性有限元分析，探討了外隔板寬度、梁翼緣變截面斜率對節(jié)點性能的影響。 試驗和有限元分析結(jié)果表明，這兩種節(jié)點具有足夠的承載力以及較好的延性和耗能能力。外

8、隔板式節(jié)點在梁端主要由柱角附近的外隔板承受彎矩，梁端彎矩一部分由梁翼緣通過柱腹板兩側(cè)隔板傳遞到柱腹板和核心區(qū)混凝土，另一部分則主要通過柱角內(nèi)側(cè)有效寬度范圍內(nèi)的隔板傳遞給柱翼緣和核心區(qū)混凝土。豎向加勁肋式節(jié)點梁端彎矩主要由梁翼緣向兩側(cè)的豎向加勁肋傳遞，并通過豎向加勁肋傳遞給柱腹板和核心區(qū)混凝土。外隔板式節(jié)點和豎向加勁肋式節(jié)點的塑性鉸都出現(xiàn)在梁翼緣變截面最窄處，但梁翼緣變截面在豎向加勁肋外的節(jié)點的塑性區(qū)域長度大于梁翼緣變截面在豎向加勁肋內(nèi)的

9、節(jié)點。節(jié)點域剪力由鋼管壁和核心區(qū)的混凝土共同承擔(dān)，節(jié)點核心區(qū)混凝土應(yīng)力較大的區(qū)域呈傾斜的帶狀分布，符合斜壓桿受力機制。對外隔板式節(jié)點建議梁翼緣變截面斜率（α tg c ）可取2~4，梁端翼緣的有效寬度可取0.5 倍柱寬與2/3 倍柱腹板兩側(cè)外隔板外伸寬度之和。 外隔板式節(jié)點和豎向加勁肋式節(jié)點的受彎和受剪機理及梁上塑性鉸出現(xiàn)位置不同于常規(guī)節(jié)點，本文根據(jù)試驗和理論分析，并參考相關(guān)設(shè)計規(guī)程，推導(dǎo)了外隔板式節(jié)點和豎向加勁肋式節(jié)點的節(jié)點