方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析_聂建国
钢管混凝土中长柱轴压力学性能试验研究
钢管混凝土中长柱轴压力学性能试验研究发布时间：2022-07-14T07:19:30.747Z 来源：《城镇建设》2022年5卷第3月第5期作者：纪建军[导读] 本文对一组钢管混凝土(CFST)中长柱的轴压力学性能开展试验研究，得到试件的加载过程、破坏形态纪建军广州大学土木工程学院，广东省广州市 510006摘要：本文对一组钢管混凝土(CFST)中长柱的轴压力学性能开展试验研究，得到试件的加载过程、破坏形态、应变发展过程和轴力-柱中纵向应变曲线。
研究结果表明：钢管混凝土中长柱在轴压荷载作用下发生整体弯曲破坏，试件中部出现明显的受压区和受拉区，且由于钢材和核心混凝土的相互作用，钢材和混凝土的力学性能得到充分发挥。
关键词：钢管混凝土；中长柱；轴压性能；试验研究 Abstract: This paper presented an experimental study of medium-long concrete-filled steel tube (CFST) columns under axial compressive loading. The loading process, failure mode, strain development process and axial force-longitudinal strain curve in the middle height of column were obtained and analyzed. The results show that the CFST column presents global bending failure. A compression zone and a tension zone are observed at the middle of the specimen. Due to the interaction between steel and core concrete, the mechanical properties of steel and concrete are fully utilized. Key words: Concrete-filled steel tube; Medium long column; Axial compressive performance; Experimental study 钢管混凝土(Concrete-Filled Steel Tubular CFST)柱因具有良好的抗震性能、抗火性能和方便施工等特点，已被广泛应用于高层建筑和大跨桥梁结构中。
钢管混凝土柱环梁节点非线性有限元分析
钢管 混凝 土 （ 以下 简称 Ｃ Ｆ Ｓ Ｔ） 在 国内建 筑 中推 广 应用 的关键 问题 之一是 Ｃ Ｆ Ｓ Ｔ 柱与钢 筋混凝 土梁 的连接方 式 。环梁节 点是解 决这 一 问题 ＲＣ环 梁 ， 借 助贴 焊 在钢
管 柱壁并 被钢 筋混凝 土环 梁包裹 的一道 或者两 道环
ＫＥ Ｙ Ｗ ＯＲＤＳ ： ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ — ｆ ｉ ｌ ｌ ｅ ｄ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｔ ｕ ｂ ｅ ；ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ ａ ｍ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ；ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ — ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ － ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
Ｗａ ｎ ｇ Ｙ ａ ｎ Ｑｉ Ｙｕ ｅ ｒ ａ ｎ
（ Ｓｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏｆ Ｃｉ ｖ ｉ ｌ Ｅｎ ｇｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｈｕ ｎａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｘｉ ａ ｎ ｇ ｔ ａ ｎ ４ １ １ ２ ０ １，Ｃｈｉ ｎ ａ ）
矩 形截面 。
形 钢筋作 为抗 剪 环 ， 以传 递 梁 端剪 力 。 由于 环梁 节 点特有 的抗剪 环构 造 和 复杂 的边 界接 触 分 析条 件 ， 已有文献 多 限于模 型试验 研究 口 。 和不 考 虑钢 管表
面与梁 板接 触 状 态 的 有 限元 分 析 。 ］ ， 对 混凝 土楼
盖在节 点 附近的应 力状态 研究较 少 。为揭示 混凝土
环梁静 力作 用下 的应 力 应变 情 况 ， 本 文 对环 梁 节 点
图 ｉ Ｉ ／ ２节 点 有 限 兀 整 体 模 型
１ ． ２ 单 元 模 拟
钢_混凝土组合结构桥梁研究新进展_聂建国
图 1（ b） 是一种下翼缘改进型波形钢腹板组合梁 桥，相比传 统 的 波 形 钢 腹 板 组 合 梁 桥，主 要 优 势 包 括 如下 5 个方面： ①通过将下翼缘混凝土板置于下翼缘 钢板之上，下翼缘钢板可以为下翼缘混凝土板的浇筑 提供可靠的模板支撑，从而避免现场搭设满堂红脚手 架，降低混 凝 土 湿 作 业 工 作 量 和 施 工 难 度，缩 短 施 工 周期，加快施工进度。整个施工过程可以不中断桥下 交通，施工快捷，综合经济效益好，是对传统波形钢腹 板组合箱梁的明显改进； ②下翼缘钢与混凝土结合部 构造简单，混凝土浇筑空间大，浇筑质量易于保证，结 合部的受力性能得到有效改善； ③下翼缘钢板置于下 翼缘混凝土 板 外 侧，受 力 更 为 合 理，下 翼 缘 钢 板 不 仅 自身能更充分地参与结构受力，发挥抗拉性能好的特 点，同时对 下 翼 缘 混 凝 土 板 提 供 部 分 约 束，从 而 提 高 结构的承载力、刚度和抗裂性能，改善结构的耐久性； ④下翼缘混凝土板为上翼缘混凝土板的浇筑提供了 支撑，减少了上翼缘混凝土板的模板工程和混凝土湿 作业工作量； ⑤下翼缘改进型波形钢腹板组合箱梁相 比传统波形钢腹板组合箱梁在受力性能、施工性能等 方面得到显 著 改 善 的 同 时，用 钢 量 几 乎 没 有 增 加，经 济性能较优。
摘要： 钢-混凝土组合结构桥梁近年来在我国得到了迅速的发展。在传统桥梁结构形式的基础上，发展多种新型组 合结构桥梁形式，拓宽组合结构桥梁的应用领域。介绍近年来在钢-混凝土组合结构桥梁方面的最新研究进展，内 容包括波形钢腹板组合梁桥、槽型钢-混凝土组合梁桥、钢-混凝土组合刚构桥、双重组合作用连续组合梁桥和大跨 斜拉桥组合桥面系。通过对传统结构形式的改进和发展，可充分发挥组合结构桥梁的综合优势，研究结果表明，钢混凝土组合结构桥梁具有广阔的推广应用前景。 关键词： 钢-混凝土组合结构； 桥梁； 波形钢腹板； 槽型组合梁； 组合刚构桥； 双重组合； 组合桥面系 中图分类号： U448． 38 文献标识码： A 文章编号： 1000-131X（ 2012） 06-0110-13
钢_混凝土组合结构体系研究新进展_聂建国
Researchadvancesofsteel-concretecomposite structuralsystems
NIEJianguo, TAOMuxuan, HUANGYuan, TIANShuming, CHENGe (KeyLaboratoryofCivilEngineeringSafetyandDurabilityofChinaEducationMinistry,
DO I :10.14006/j .jzjgxb .2010.06.012 建筑结构学报 JournalofBuildingStructures
文章编号 :1000-6869(2010)06-0071-10
第 31卷 第 6期 2010年 6 月 Vol.31 No.6 June2010
010
钢 -混凝土组合结构体系研究新进展
聂建国 , 陶慕轩 , 黄 远 , 田淑明 , 陈 戈 (清华大学 土木工程安全与耐久教育部重点实验室 , 北京 100084)
摘要 :以钢 -混凝土组合框架结构和框架 -核心 筒混合结 构为对 象 , 综述了 在钢 -混凝土 组合结 构体系 方面的 一些研究 新进 展 。针对组合框架中楼盖的空间组合作用进行了试验研究 , 发展了三种组合结 构地震反应分析模 型 , 重点讨论 了在杆系模 型中考虑楼盖空间组合作用的方法 , 从而实现组合框架结构体系的大规模计算 。通过刚度解析和数值分析 , 对框架 -核心筒 混合结构体系中框架与核心筒的刚度匹配 、位移限值指标 的取值进行 探讨 , 并对不同混 合结构体 系的位移特 性 、失 效模式 以及安全性能进行对比 ,为框架 -核心筒混合结构的体系优化提供参考 。最后 , 对组合结 构体系的研究进行 了展望 , 建议进 一步完善组合结构体系的计算手段及其优化指标 。 关键词 :组合结构体系 ;组合框架 ;框架 -核心筒 ;混合结构 ;空间组合作用 ;地震反应分析 ;刚度匹配 ;位移角限值 中图分类号 :TU398.9 TU973.14 文献标志码 :A
钢管混凝土柱轴压力_弯矩_扭矩空间复合受力拟静力试验研究_聂建国
NIE Jianguo，WANG Yuhang，FAN Jiansheng （ Department of Civil Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China）
拟静力往复加载，自行设计了一套空间加载装置，如 图 2 所示。钢管混凝土柱试件两端的端板通过高强 螺栓连接到顶梁和底座上。采用 2 个 1 500 kN 的 MTS 液压伺服作 动 器 对 顶 梁 施 加 水 平 集 中 力，从 而 实 现 扭矩和弯矩的施加，位于顶梁上方的 5 000 kN 液压千 斤顶可对钢管混凝土柱施加轴力。在千斤顶底部的 半球形支座处设置聚四氟乙烯减摩垫层，保证在轴力、 弯矩和扭矩荷载的共同作用下顶梁能够自由转动。
基金项目： 国家自然科学基金项目（ 51078206） ，清华大学自主科研计划项目（ 20101081766） 。 作者简介： 聂建国（ 1958— ） ，男，湖南衡阳人，工学博士，教授。E-mail： niejg@ mail. tsinghua. edu. cn 通信作者： 樊健生（ 1975— ） ，男，山东东营人，工学博士，教授。E-mail： fanjsh@ mail. tsinghua. edu. cn 收稿日期： 2012 年 1 月
001
钢 管 混 凝 土 柱 轴 压 力 -弯 矩 -扭 矩 空 间 复合受力拟静力试验研究
聂建国，王宇航，樊健生 （ 清华大学 土木工程系，北京 100084）
摘要： 采用自行设计的压力-弯矩-扭矩复合受力加载装置，基于力-位移混合控制加载方法，完成了 8 个钢管混凝土柱试件 在压-弯-扭等复合荷载作用下的拟静力试验，变化了截面形式、加载方式和弯扭比等参数。试验结果表明： 圆钢管混凝土柱 和矩形钢管混凝土柱在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下的滞回曲线较为饱满，没有“捏拢”现象产生，具有较好的耗能 能力； 弯扭比较大的矩形钢管混凝土试件在扭转角较大时由于钢管底部局部屈曲较为明显，存在承载力退化现象； 钢管混 凝土截面轴向应变基本满足平截面假定； 弯矩的存在将削弱钢管混凝土柱的受扭能力； 在压-弯-扭等复合受力往复荷载作 用下，钢管剪应变与扭转角之间存在较好的线性关系。对试验实测结果和已有文献分析表明： 在弯扭比较大时由主压应力 导致钢管表面发生局部鼓曲而破坏，弯扭比较小时，主拉应变将导致钢管混凝土柱表面在低周往复荷载作用下开裂。研究 成果可为进一步开发考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁单元提供基础性依据。 关键词： 钢管混凝土柱； 压力-弯矩-扭矩； 复合作用； 力和位移混合控制； 拟静力试验； 力学性能 中图分类号： TU398. 9 TU317. 1 文献标志码： A
钢管混凝土结构材料非线性的一种有限元分析方法
ｅｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ
ｃａｎ
ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｏｆ
ｃａｎ
ｅｎｅｒｇｙ（ｅｌａｓｔｉｃ
ｍａｔｒｉｘ）ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＳＯ
ｔｈｅ ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ｆｏｒｃｅｓ ａｆｔｅｒ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ
万方数据
工
程
力
学
６９
钢管混凝土结构在我国的拱桥建设中得到了 广泛的应用，稳定极限承载力作为拱结构设计理论 的核心内容之一，近年来的研究取得了一定的进 展【卜２１。 在钢管混凝土拱桥材料非线性分析方面，对其 组成材料的弹塑性性能描述已进行了大量的研究。 文献『３－５］在大量实验的基础上提出了将钢管混凝 土看成单一材料的统一理论和将钢和混凝土区分 看待的本构关系。运用这些本构关系，在目前钢管 混凝土拱的有限元计算所采用的梁单元中就分别 存在着考虑轴力．弯矩（Ｎ－Ｍｙ—Ｍｚ）相互作用的塑性铰 模型和复合梁分层的纤维模型【６＿８】。 一般的塑性铰方法均利用断面的轴力．弯矩相 互作用关系得到屈服弯矩和近似屈服条件，如文 献［６，９—１０］，但由于塑性铰模型的刚度变化是通过 ’屈服曲面来定义的，且当考虑应力硬化的影响时必 须考虑屈服曲面的变化，使屈服曲面的建立变得较 复杂；同时塑性铰模型无法直接获得断面进入塑性 后的应力或应变信息。与塑性铰模型相比，纤维模 型需要进行数值积分使计算时间较长，但是，由于 纤维模型可以直接通过组成材料的应力一应变关系 来评价单元刚度的变化及是否发生塑性变形，因此 能较容易地进行变动轴力、双轴弯矩共同作用等情 况下的分析。因此，本文在考虑梁单元的材料非线 性分析时采用了纤维单元模型。 文献［１１—１３］提出的纤维单元都是直接在结构 的弹性刚度矩阵上通过弹性模量Ｅ的变化描述弹塑 性性能，即弹性阶段时刚度矩阵中的弹性模量为 Ｅ８，进入塑性后刚度矩阵中的弹性模量为ＥＰ。这样 的处理，对不复杂的刚度矩阵而言反复计算较易收 敛，但是，对于较复杂的刚度矩阵（如考虑包括扭转 和轴向变形非线性项的梁单元刚度矩阵【１４１），据作 者的经历而言，反复计算时较难收敛，甚至无法收 敛。 对于考虑大变形的几何非线性和材料非线性 的问题，由于两种非线性的耦合，需推导出结构的 切线刚度矩阵中的载荷矫正矩阵，文献［１１一１３］根 据各自的假设推导各自的弹塑性刚度矩阵，各不相 同。所以，梁单元进行双重非线性有限元分析，将 会遇到如何选用、验证这些文献的矩阵或重新推导 相应的弹塑性刚度矩阵的问题。 如果有一种方法，可以直接利用较完整地考虑 大变形的复杂的弹性刚度矩阵，不必重新推导弹塑
新型方钢管混凝土柱梁节点有限元分析
钢梁 的 翼 缘 与隔 板 焊 接 连 接＿。 部 尺 寸 见 ｌ细 １
节点 详 图ｌ 手 工焊 条Ｅ ３ ， 。 ４ 型 摩擦 型高 强 螺
对 节 点 试 件 有 限 元 理 论 计 算 的 曲线 分
大 ， 限 元 理 论 分 析 的 屈 服 位 移 均 小 于 试 有 验 的 屈 服 位 移 ， 是 由于 一 般 情 况 下 试 验 这 的 绝 对 刚性 所 致 ， 论 曲线 没 有下 降 段 ， 理 试
２． 单调 加载 时 节点 非线 性有 限 元分 析 １
按 照 上 述 方 法 建 模 及 求 解 后 ， 节 点 中 的 支 座 、 端 支 承 达 不 到 理 论 分 析 中 的 对 粱
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验 中 因 加 载 后 期 焊缝 断 裂和 局部 屈 曲而 使 承载力下降 ， 曲线 有 下 降 段 。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
察 节 点 的 力学 性 能 。 ＡＮＳ 模 拟 单 调 加 载 作 用 时 ， 荷 载 ＹＳ 其 位 移 曲线 没 有 下 降 段 ， 主 要 是 由于 程 这
前 ， 钢 管混 凝土 柱 一 粱 外 隔板 型式 研 究 方 钢
凝 土 柱 梁 外 隔 板 连 接 节 点 ， 过 三维 非 线 通 性有 限 元 分 析 ， 证 其 良好 的 抗 震 性 能 。 验
文 章编 号 ： ６ ２ ３ ９ （ ０ ０ １ （） ０ ２ － １ １ ７ － ７ １２ １ ） １ ａ－ ０ ３ ０
方钢 管 混 凝土 结 构 不 仅 具 有 规 则 美观 程 》 采 用拟 静 力 试 验 方 案 ， 方 钢 管 混 凝 模 型 进 行 了 单 调 加 载 的 非 线 性 有 限 元 分 ， 对
钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析
4、对数值模型进行验证，确保其准确性。通过对比实验与模拟结果的应力-应 变关系、破坏形态等，对模型土叠合柱的参数（如钢管厚度、混 凝土强度等），进行多组对比分析，探讨各因素对轴压性能的影响。
6、对实验和数值模拟结果进行理论分析，结合实际情况对钢管混凝土叠合柱 的轴压性能进行评估。
钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析
01 引言
03 分析方法 05 结论
目录
02 概念阐述 04 实例分析 06 参考内容
引言
钢管混凝土轴压短柱是一种常见的结构形式，在建筑、桥梁等领域得到广泛应 用。在地震、风载等外力作用下，钢管混凝土轴压短柱的力学性能研究具有重 要意义。非线性有限元分析作为一种有效的数值模拟方法，能够综合考虑材料 的非线性行为和截面几何特性，为钢管混凝土轴压短柱的分析提供有力支持。 本次演示将介绍钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析的基本概念、方法步骤 和实际应用，并探讨其优势、不足及未来研究方向。
3、材料模型：混凝土和钢管的材料模型需根据实际材料特性进行选择。常用 的混凝土模型包括弹塑性模型、损伤塑性模型等；钢管模型则一般采用弹性模 型或弹塑性模型。
4、边界条件处理：根据实际结构边界条件进行约束和支撑处理。对于固定端， 可采用固定支撑；对于自由端，可采用弹簧元或滚动支撑进行处理。
实例分析
1、钢管混凝土短柱在受到冲击作用时，表现出明显的动态响应，其冲击响应 曲线呈非线性特点。
2、钢管的类型和混凝土的强度对钢管混凝土短柱的抗冲击性能具有重要影响。 采用高强度钢管和高质量混凝土可以提高试件的抗冲击性能。
引言
钢管混凝土叠合柱是一种新型的组合结构，具有较高的承载力和抗震性能，在 建筑和桥梁工程中得到广泛应用。轴压性能是钢管混凝土叠合柱的重要性能指 标之一，直接关系到结构的安全性和稳定性。因此，对钢管混凝土叠合柱轴压 性能进行研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
方钢管混凝土柱十字型节点力学性能试验研究
（ｃ ｏｌｏ ｉｉ Ｅ ｇｎｅｉｇ ａ ｚ ｏ ｉｅｓｙｏ ｃｎｌｇ Ｌ ｎ ｈｕ ７０ ５ ， ｈｎ ） Ｓ ｈｏ Ｃ ｖｌ ｎ ｉｅｒｎ ，Ｌ ｎｈ ｕＵｎｖｒｉ Ｔｅｈ ｏ ｙ， ａ ｚｏ ３０ ０ Ｃ ｉａ ｆ ｔ ｆ ｏ
Ａｂｔａｔ ｓ ｃ： ｒ
Ａ ｎ ｗ ｔ ｐ ｆｊｉｔｃ ｎ ｅｔ ｎ ｅｗｅ ｎ ｒｃａ ｇ ｌｒｃ ｎ ｒｔ—ｉｅ ｕ ｕａ ｏｕ ｎ ｅ ｙ ｅ ｏ ｏｎ ｏ ｎｃｉ ｓ ｂ ｔ ｅ ｅｔｎ ｕａ ｏ ｃｅｅｆ ｌ ｔｂ ｌｒ ｃｌｍｎ ａ ｄ ｏ ｌｄ
行 了低 周反 复荷 栽作 用下的试 验研 究 ， 到 了相 关 的钢 筋和 钢牛腿 应力应 变发展 规律 和相 应的滞 回 得
曲线， 对试验蛄果进行 了节点破坏的机 理分析， 出了进 一步的改进措施 ， 提 使其具有可靠的受力性 能， 与常规的连接方式相比是一种相对简捷而可靠的连接方式．
出了用 于方钢 管混凝 土结构 柱钢筋混 凝土梁 框架结 构的新 型连接 节点形 式一非 穿心 暗钢牛腿方 钢管混 凝 土 梁 柱 节 点 ， 用 Ｘ 型 加 载 试 验 方 案 ， 作 了 采 制
ｐ ｅ ｏ ｅ ａａ ｄ ｔ ｅｓ ｒ ｉ ｉｔｉｕ ｉｎ ｏ ｉ ｅｅ ｔｐ ｒｓ ｏ ｈ ｐ ｃｍｅ ｒ ｂ ａｎ ｄ ｆｏ ｔ ｅｔｓ ． Ｉ ｈ ｎ ｍ ｎ ｎ ｈ ｔａｎ ｄｓｒｂ ｔ ｎ ｄ ｆ ｒ ｎ ａ ｔ ｆｔ ｅｓ ｅ ｉ ｎ ｗｅ ｅｏ ｔｉ ｅ ｒ ｍ ｈ ｅ ｔ ｎ ｏ ｆ
ａ ｄｔ ｎ ｈ ｙ ｔｒｓ ｕ ｖ ｆｊｉｔ ｅｗｅ ｎｔｅｃ ｌｍｎａ ｄｔｅｂ ａ ｕ ｄ ｒｃ ｃｉ ｌａ ｓｗ ｓｐｏｔｄ ｄ ｉｏ ，ｔｅｈ ｓｅｅ ｉ ｃ ｒｅｏ ｏｎｓｂ ｔ ｅ ｈ ｏｕ ｎ ｈ ｅ ｍ ｎ ｅ ｙｌ ｏ ｄ ａ ｌｔｅ ｉ ｓ ｃ
在奋斗中架构土木结构工程的“高楼大厦”——记2015年全国先进工作者、土水学院教授聂建国
在奋斗中架构土木结构工程的“高楼大厦”——记2015年全国先进工作者、土水学院教授聂建国聂建国清华大学土水学院教授，中国工程院院士。
1982年毕业于湖南大学土木工程系，获学士学位。
1984年毕业于郑州工学院土木建筑工程系，获硕士学位。
1991年毕业于南斯拉夫铁托格勒大学土木工程系，获博士学位。
1994年于清华土木工程系博士后出站留校任教至今。
现任清华大学土木工程系结构工程研究所所长、土木工程安全与耐久教育部重点实验室主任，清华大学学术委员会副主任，兼任中国钢结构协会副会长、中国建筑学会建筑结构分会副理事长、中国建筑学会建筑施工分会副理事长等。
2015年被评为“全国先进工作者”。
五月的清华园，法桐与白杨掩映之间，一座红褐色的小楼内忙碌非凡。
这里是清华大学土水学院土木工程系结构实验大厅。
与普通实验室不同的是，它更像是真实的、繁忙热闹的建筑工地。
一个个建筑和桥梁结构模型正在接受各种荷载考验，钢筋与混凝土交织的气味在空气中弥漫开来。
在这个“工地”里，每天都能看到一位头戴安全帽、身穿工作服的老师行走其中，耐心询问实验进展、细致指导学生科研，夜以继日，倾心付出。
他就是清华大学土水学院教授聂建国院士。
多年来，聂建国把所有精力都奉献给了祖国的土木工程事业，取得了一系列重大创新型成果，培养了一大批组合结构优秀人才。
2015年“五一”劳动节前夕，聂建国被评为“全国先进工作者”。
梦想与热爱同在机遇与使命共存“赶上了千载难逢的好机遇。
”聂建国一直为自己的选择而庆幸。
上世纪80年代初，组合结构并不是热门研究方向，“但我国大规模基础设施建设的巨大需求必将使土木工程维持在快速发展的水平，从而为组合结构的发展提供难得的历史机遇。
”1994年聂建国在清华完成博士后研究工作后留校任教，选择了组合结构作为他的主攻方向。
正如他所预见的，随着经济的快速发展，我国高层建筑、交通枢纽、桥梁隧道、体育场馆、会展中心等大型公共基础设施建设如火如荼，对新的结构形式和体系产生了巨大需求，而钢—混凝土组合结构为解决土木工程领域的关键技术难题提供了新的选择。
方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点非线性有限元分析
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ｎ ｎｉｅ ｒｆ ｉ ｌｍｅ ｔａ ａｙ ｉ （ ＥＡ） ｍｏ ｅｓｏ ｅｔ ａ ｔｆｎ ｒｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｂ ｔ ｅ ｏ ｃｅｅ ｓｒ ｃ ： ｈ ｏ ｌ ａ ｎｔ ｅｅ ｎ ｎ ｌｓｓ Ｆ ｎ ｉ ｅ ｄ ｌ ｆｖ ｒ ｃ ｌｓ ｆ ｅ ｏ ｎ ｃｉ ｅｗｅ ｎ ｃ ｎ ｒｔ— ｉ ｉｅ ｏ
方钢 管 混 凝 土柱 一 梁 竖 向加劲 肋 式 节 点 钢 非 线 性 有 限 元 分 析
黄炳 生 ， 杜培源 ， 吴文平
（ 南京 工 业大 学 土 木 工程 学院 ， 江苏 南京 ２０ ０ ） １０ ９
摘 要： 对方钢管混凝土柱 钢 梁竖向加 劲肋式节点建立 了同时考虑几何非 线性和材料 非线性 的有 限元 分析模型 ，
模拟分析 了单调 加载下节点的 受力性能 ， 较为精确地分析 了节点 区应 力分布． 结果表 明： 由有 限元模型所得 的位移 曲线与试验 所得 的低 周反复荷载作 用下 的骨 架曲线相 符 ， 由有 限元模 型所得 的应变分布和发展规 律与试验 结果一
致： 竖向加 劲肋式节点的梁端弯矩一部分通过竖向加劲 肋传递 给柱钢 管腹板 和核心 混凝土 ， 另一部 分梁端 弯矩 由 梁端翼缘直接传递给柱钢 管翼缘和核 心混凝土 ； 节点的破 坏模 式为 梁翼缘 变截 面最窄处形 成塑性铰 ， 终梁受压 最 翼缘 出现严重的局部屈 曲， 而柱钢管和竖向加劲肋均在 弹性 范围 内工作 ， 很好地 实现 了强柱弱 梁、 节点弱构件的 强
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第２ ９卷第 ６期 ２０ ０ ７年 １ 月 １
南
京
工
业
大
学
学
报
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ ６ １２ ． ＮＯ ．２ ０ Ｖ ０７
方钢管混凝土柱节点在单调加载作用下的非线性有限元分析
内 蒙 古 科 技 大 学 学 报
Ｊ ｕ ａ ｆＩｎ ｒＭｏ ｇｌ ｉｅｓｔ ｆ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏｙ ｏ ｒ ｌｏ ｎ ｅ ｎ ｏｉ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｉｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ｎห้องสมุดไป่ตู้ａ ｙ Ｓ
Ｓ ｐｅ ｅ ，０ ｅ ｔ ｍｂ ｒ ２ １ １ Ｖ １ ０， ｏ ３ ｏ． Ｎ ． ３
￥ 收 稿 日期 ：０ ０— ６一¨ ２１ ０
作者简介 ： 李喜乐 （ ９５一） 男 ， １７ ， 内蒙古包头人 ， 内蒙古科技 大学讲师 ， ｉ 硕 ．
２４ ６
内 蒙 古 科 技 大 学 学 报
２１ ０ １年 ９月 第 ３ Ｏ卷 第 ３ 期
２ 试 验 研 究
２ １ 试 件 概 况 ．
蒙古 包头
０ ４ １ ；．包头市 钢苑工 程建设监理 有限责任 公 司， １０ ０ ２ 内
０ ４ １ ；．中国第八 冶金建设集 团有 限公 司 ， １０ ０ ３ 甘肃 金 昌 ７ ７ ０ ） ３ １０
关键词 ： 方钢管混凝土 ； 节点 ； 抗震性能 ； 延性 ； 耗能能力
中 图 分 类 号 ：Ｕ ９ Ｔ ３８ 文献标识码 ： Ａ
还 不 多见 ．然 而 由于 节 点 受力 性 能 复 杂 、 验 条 件 试 有限， 仅依 靠 试验及 理论 分析还 有所 不足 ， 需要通 过
有 限元分 析 对 节 点 的受 力 性 能 进 行 更 加 深 入 的 研 究 ． 为此 ， 者对 ４个方 钢管 混凝 土 柱一 梁外 加 强 笔 钢
２２ 试验装置及加载制度 ．
试验 采用 拟静 力 加 载 ， 验 装 置 如 图 １所示 ． 试 柱顶 竖 向荷载通 过 液压 千 斤顶 施 加 ， 验轴 压 比为 试
方钢管混凝土轴压短柱承载力非线性有限元分析
在钢管混 凝土 非线性 有 限元数 值模 拟分 析 上还存在 许 多问题 ，主要 是建 立正 确 的材料 本构 模型 、钢管和
混 凝土 的相互作 用模 型 等 。笔 者在 借鉴 已有 学者提 出的材 料本 构模 型基 础上 ，利用 大型有 限元分 析程序 Ａ ＡＱｕｓ进行 了方 钢管 混凝 土轴 压短 柱 全 过 程 非线 性 分 析 ，数 值 分 析计 算 结 果 与 试 验结 果 符 合较 好 ， Ｂ
应 力＿ 变关 系是 工 程结 构材 料 的物理关 系 ，是结 构受 力 过 程 中材 料 力 和 变形 关 系 的概 括 ，是其 内 应
部微 观机理 的宏观行 为 表现 ，是 结构 强度 和变形 计算 中必 不可少 的依 据 。为 了进行 钢 管混凝 土构件 的力
学性 能和承载 力 的研 究 ，必须 首 先确定 钢材 和混 凝土 的应 力一 变关 系模 型 ［ 。 应 ２ ］
１ ）钢 材 的 本 构 模 型 目前 ，工 程 中 常 用 的 钢 材 是 Ｑ２ ５钢 、Ｑ３ ５钢 、 Ｑ３ Ｏ钢 、１ Ｍｎ钢 和 ３ ４ 都属 于低 碳 软钢 。它们 的本 构关 系还 是 比较 清 楚 的 ，文 献 ［ ～ ３ １ ］将 低 碳钢 的应
验 证 了所选 材料 本构模 型 的正确 性 。
１ 非线性有限元分析模型的建立
建立一个 合适 的三 维非 线性 有 限元分 析计算 模 型是准 确有效 分 析钢 管混 凝 土组合 结构 力学性能 的关 键 。利用有 限元 分析程 序 ＡＢ ＡＱｕｓ建立 了轴压 荷 载下 方 钢 管混 凝 土 柱 的三 维 非 线性 有 限元 分 析模 型 ， 并 与试验结果 进行 对 比分析 研究 。 １ １ 材料本 构模型 的选 择 ．
新型钢管混凝土柱环板节点的非线性有限元分析研究
梅 力彪 ， ： 型钢 管 混凝 土 枉 环 板 节点 的非 线性 有 限 元 分析 研 究 等 新
新型钢管混凝土柱环板节点 的非线性有 限元分析研 究
梅 力 彪 周 云 阴 毅
（ 州大学 广 土木工程学 院 广州 ５ ０ ０ ） １ ４ ５
ＡＢ Ｔ Ｓ ＲＡＣ Ｔｈ ｅｍ ｏｎ ｓｏ Ｔ ｅｂ ａ ｊｉｔ ｆ ＣＦＳ （ ｏ ｃｅｅｆｌ ｄ ｓｅｌｔ ｂ Ｔ ｃ ｎ ｒｔ ｉｅ ｔｅ ｕ ｅ）ｃ ｌｍｎａ ｅｔｅｋ ｙｔｃ ｎｑ ｅｆ ｒｔ ｅａ ｐｉａ ｉｎ ｌ ｏｕ ｒ ｈ ｅ ｅ ｈ ｉｕ ｏ ｈ ｐ ｌ ｔ ｃ ｏ
ｏ Ｓ ｓｒ ｃ ｕｅ ｆＣＦ Ｔ ｔｕ ｔ ｒ．Ｔｈ ｙ ｅ ｆｊｉ ｔａ ｅｍｕｔ ｏ ｍ．Ｄｕ ｏ ｔ ｅｉ ｏ ｔｎ ｅｏ ｈ ｏ ｓｉｕｉｎ ａ ｄ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｅ ｔｐ ｓｏ ｏｎ ｒ ｌｉ ｒ ｆ ｅ ｔ ｈ ｍｐ ｒａ ｃ ｆｔ ｅｃ ｎ ｔｔｔｏ ｎ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｕ ｄ ｒｌａ ｓｏ ｅ ｍ ｏｎ ｓｏ ｎ ｅ ｏ ｄ ｆｂ ａ ｊ ｉｔ ｆＣＦＳ ｏｕ ，ｎ ｎｉｅ ｒ３ Ｆ Ｔ ｃ ｌ ｍｎ ｏ ｌ ａ Ｄ－ ＥＭ ｒ ｒ ｓｎ ｅ ｎ ＡＮＳ ｏ ｅ ｒｎ ｌｂｊ ｉｔ ｎ ａｅｐ ｅｅ ｔｄ ｉ ＹＳ ｆｒａｎ ｗ ｉｇ ｓａ ｏｎ
摘 要 钢 管 混 凝 土 柱 与 梁 的 节 点 构 造 和 受 力分 析 是 钢 管 混 凝 土 枉 结 构 推 广 应 用 的 关 键 技 术 所 在 。提 出一 种 新 型钢 管 混凝 土柱 环板 节 点 ， 利 用有 限元 分析 软件 ＡＮ Ｙｓ 对该 新 型 钢 管 混 凝 土 柱 环 板 节 点 进 行 空 间 非 线 性 有 限 并 ｓ ， 元 分析 ， 析 垂 直 对 称 荷 载 作 用 下该 新 型 构 造 节 点 内的 应 力 分 布 情 况和 内 力传 递 机 理 ， 与 穿 心 节 点 和 不 穿 心 的 分 并 环 梁 节 点进 行 比 较 分 析 。 分 析 结 果 表 明 ， 新 型钢 管 混 凝 土 柱 环 板 节 点 能 有 效 地 传 递 梁 端 内力 ， 构 造 简 单 ， 工 该 且 施
方钢管混凝土柱_钢梁外隔板式节点非线性有限元分析
2 有限元结果分析
2. 1 荷载 —位移曲线
图 6为有限元分析所得的 SJ - 01C, SJ - 02C荷
载 —位移曲线与试验骨架曲线比较 ,表 2为有限元
分析所得的试件性能与试验结果对比 。
60
四川建筑科学研究
第 35卷
1 有限元分析模型的建立
1. 1 钢材本构关系和屈服准则 常用的钢材本构关系有双折线模型 、多折线模
型等 ,这些本构关系模型虽然定义简单 ,但精度不 高 ,难以精确地描述钢材
在非线性阶段的应力 —
应变关 系 。本 文钢 材本
构关 系 根 据 钢 材 拉 伸 试
(N /mm2 ) (N /mm2 ) (N /mm2 ) / (N /mm2 )
φ
φ f
1. 95
19. 5
20000
2. 57
60. 6° 60. 6°
1. 3 边界条件的模拟与加载方式
有限元分析时 ,采用约束柱顶端的 x, y 两个方
向线位移和柱底端的 x, y, z三个方向线位移的方法
模拟柱上下端的铰结 。与试验一致 ,柱顶施加 400
/mm 38. 7
48. 3
SJ - 02C
试验 有限元
82. 1 96. 7
Nonlinear ana lysis on connection w ith outer d iaphragm s between square concrete f illed steel tube columns and steel beam s
HUAN G B ingsheng, DU Peiyuan, FAN J ianhui
方钢管混凝土柱-钢梁组合节点试验研究的对比分析
方钢管混凝土柱-钢梁组合节点试验研究的对比分析【摘要】本文介绍了方形钢管混凝土柱-钢梁隔板式连接节点在国内外的研究现状，对比分析了方钢管混凝土柱-钢梁组合节点试验试件的破坏模式以及加载制度，并对今后的试验研究需要进一步解决的问题进行了探讨。
【关键词】方钢管混凝土柱-钢梁; 节点试验;破坏模式;加载模式【abstract 】this paper introduces the concrete filled steel tube column-square steel partition type connected node in the domestic and foreign research status, comparison and analysis of the concrete filled steel tube column-the party steel beam combination node test specimen failure mode and loading system, and future research needs further testing to solve the problems are discussed.【keywords 】party CFST column-steel beam; Node test; Failure mode; Loading mode方钢管混凝土结构具有强度高、延性好、耐火强、抗震性能优越等特点，连接节点设计及施工简便，成为钢结构住宅、多高层建筑发展的一个重要方向。
一、国外的试验研究现状1985年，Mastui首次提出并研究了外隔板式和隔板贯通式节点，进行了6个方钢管混凝土柱-宽翼缘钢梁外隔板和隔板贯通节点试件的静力试验研究,提出了两种节点的容许抗弯承载力计算公式，被日本建筑学会AIJ（1987）规范所采用。
1995年，Koji Morita 等通过对水平和竖直内隔板式节点的拟静力试验研究，首次利用了屈服线理论得出了节点的抗拉及抗剪承载力计算公式。
方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析
第23卷第11期 V ol.23 No.11 工程力学2006年11 月Nov. 2006 ENGINEERING MECHANICS 99 文章编号：1000-4750(2006)11-0099-11方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析*聂建国1,2，秦凯1,2，肖岩3(1. 清华大学土木工程系，北京 100084；2. 清华大学结构工程与振动教育部重点实验室，北京 100084；3. 南加州大学土木工程系，洛杉矶 90089)摘要：基于方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点的低周反复荷载试验，在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上，采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱内隔板式节点和外加强环式节点进行了单调加载及循环加载作用下的受力性能分析。
有限元分析得出的荷载-位移曲线及剪力-剪切变形曲线与试验结果吻合较好。
在此基础上对外加强环式节点进行了参数分析，研究了方钢管混凝土柱的轴压比、宽厚比、核心混凝土强度及混凝土楼板高度对节点受力性能的影响，结果表明轴压比、宽厚比的影响较大。
关键词：方钢管混凝土柱；内隔板式节点；外加强环式节点；有限元分析；参数分析中图分类号：TU317.1 文献标识码：AEXPERIMENTAL INVESTIGATION AND NONLINEAR FINITE ELEMENT ANALYSIS ON THE BEHA VIOR OF CONCRETE-FILLED SQUARE STEELTUBULAR COLUMN CONNECTIONS*NIE Jian-guo1,2 , QIN Kai1,2 , XIAO Yan3(1. Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;2. Key Laboratory of Structural Engineering and Vibration of China Education Ministry, Tsinghua University, Beijing 100084, China;3. Department of Civil Engineering, University of Southern California, Los Angeles, CA 90089, U. S.)Abstract:Based on the experiments of concrete-filled square steel tubular column connections with interior or exterior diaphragms under cyclic loading, 3-D nonlinear finite element models were used to analyze the mechanical properties of these two types of connections using ANSYS. Based on appropriate material stress-strain relations and failure criteria, finite element analyses were conducted under monotonic loading and cyclic loading. The load - deflection curves and shear force - deformation curves by finite element analyses show good agreement with those of the experiments. Parametric analyses were conducted on the connections with exterior diaphragms to investigate the influences of compression ratio, width to thickness ratio, strength of the concrete in the square steel tube and concrete slab height. It is found that compression ratio and width to thickness ratio are more important to the connections.Key words:concrete-filled square steel tubular column; connections with interior diaphragms; connections with exterior diaphragms; finite element analysis; parametric analysis———————————————收稿日期：2005-03-02；修改日期：2005-06-12基金项目：国家自然科学基金资助项目(50438020)作者简介：*聂建国(1958)，男，湖南衡阳人，教授，博士，博导，从事结构工程研究(E-mail: niejg@)；秦凯(1979)，男，山西太原人，博士生，从事结构工程研究；肖岩(1961)，男，内蒙古呼和浩特人，教授，博士，从事结构工程研究。
方钢管混凝土柱-钢梁节点的设计
Mb ≤ f γ RE W nx
（5）
式中：Mb—为按地震组合内力的梁端弯矩设计值；
-3-
γRE —连接焊缝材料承载力的抗震调整系数，依据规范[1，4，5]可取 0.9。
梁端腹板连接应满足：
T
b γ RE
Wnx—图 6 中 1-1 截面净截面的抵抗矩；
图6
连接的梁端计算简图
T ≥ M w2
抗弯承载力设计值， M w 2 = Ww 2 f ；
（2）
Fig.6 Diagram for calculation of connection
式中： Mw2—图 6 中 2-2 截面腹板连接焊缝的
T — 螺栓群的抗扭剪设计承载力，
T = ∑ NTi ri = ∑ （NT xi yi + NTyi xi ） ；且“1”号螺栓剪力的合力有：
γRE —抗震调整系数，依据规范[1，4，5]对焊缝取 γwRE=0.9，对螺栓取γbRE=0.85；
Mp — 梁端截面（连接处）全塑性抗弯承载力，Mp=Wpfy； ln — 梁的净跨； VGb—梁的重力荷载代表值（9 度时高层建筑还应包括竖向地震作用标准值）作用下，按 简支梁分析的梁端截面剪力值； Vu —梁端腹板连接焊缝的极限抗剪承载力； Nbvu、Nbcu-腹板螺栓连接的极限抗剪和承压承载力； fu、fbu 、fbcu— 分别为钢材、螺栓材料的抗拉强度最小值和螺栓连接板的极限承压强度， 可取 fbcu=1.5fu。 对比分析上述步骤（1）、（2）可知，抗震设计时，通过第一阶段的弹性计算，可保证 在多遇地震作用下连接及削弱处均处于弹性工作阶段且螺栓不发生滑移，达到“小震不坏” 的设计目标；在罕遇地震作用下：首先，通过（9）式的计算保证梁端塑性铰外移，且梁端 连接截面处（1-1 截面）始终处于弹性工作阶段，其次，随着地震作用的增加，以梁端削弱 处（2-2 截面）能顺利形成塑性铰并吸收继续增加的能量，从而保证梁端连接截面处（1-1 截面）的内力不再增加，达到保护梁端连接的目的，最后，通过（10）式的计算，保证梁端 削弱处（2-2 截面）有足够的强度储备，达到“大震不倒”的设计目标。
广义组合结构及其发展展望_聂建国
文章编号:1000-6869(2006)06-0001-08广义组合结构及其发展展望聂建国,樊健生(清华大学土木工程系结构工程与振动教育部重点实验室,北京100084)摘要:本文对组合结构的发展历史和当前的研究及应用现状进行了综述。
根据钢-混凝土组合结构的发展趋势和新材料的不断出现和应用,本文提出了广义组合结构的概念。
广义组合结构不仅包括钢和混凝土的组合,而且包括更多新材料的组合,是对传统钢-混凝土组合结构的发展。
广义组合结构将不同的材料或构件组合在一起共同工作,在设计时将各组成材料和构件的结构性能进行整体考虑,以最有效地发挥各种材料和构件的优势。
此外,还对新型组合构件的研发、组合结构体系的创新、组合加固技术的发展以及组合结构在其他领域内的研究和应用进行了展望。
关键词:广义组合结构;组合结构体系;新型组合构件;新型材料中图分类号:TU398 文献标识码:AThe development and prospect of generalized composite structuresNIE Jianguo,FAN Jiansheng(Department of Civil Engineering,Key Laboratory of Struc tural Engineering and Vibration of China Education Ministry,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract:A review and prospect of the development of composite structures are provided in this paper.Based on the analysis,the concept of generalized composite structures is proposed.The generalized c omposite structure is the combination of different materials or the combination of different structural me mbers in the ways which will generate composite actions between each component.In design,the struc tural property of each material and member should be considered as unity,and the combined structure will generate advantages from each component for strength,stiffness,ductility,durability,corrosion -resistance and overall costs.Finally,the prospects of research and development of ne w kind of composite me mbers,composite systems,composite rehabilitation technology and applications of composite concept in other civil engineering fields are also presented in this paper.Keywords:generalized c omposite structures;structural system;new structural me mbers;ne w structural materials基金项目:国家自然科学基金资助项目(50438020)。
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第23卷第11期 V ol.23 No.11 工程力学2006年11 月Nov. 2006 ENGINEERING MECHANICS 99 文章编号：1000-4750(2006)11-0099-11方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析*聂建国1,2，秦凯1,2，肖岩3(1. 清华大学土木工程系，北京 100084；2. 清华大学结构工程与振动教育部重点实验室，北京 100084；3. 南加州大学土木工程系，洛杉矶 90089)摘要：基于方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点的低周反复荷载试验，在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上，采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱内隔板式节点和外加强环式节点进行了单调加载及循环加载作用下的受力性能分析。
有限元分析得出的荷载-位移曲线及剪力-剪切变形曲线与试验结果吻合较好。
在此基础上对外加强环式节点进行了参数分析，研究了方钢管混凝土柱的轴压比、宽厚比、核心混凝土强度及混凝土楼板高度对节点受力性能的影响，结果表明轴压比、宽厚比的影响较大。
关键词：方钢管混凝土柱；内隔板式节点；外加强环式节点；有限元分析；参数分析中图分类号：TU317.1 文献标识码：AEXPERIMENTAL INVESTIGATION AND NONLINEAR FINITE ELEMENT ANALYSIS ON THE BEHA VIOR OF CONCRETE-FILLED SQUARE STEELTUBULAR COLUMN CONNECTIONS*NIE Jian-guo1,2 , QIN Kai1,2 , XIAO Yan3(1. Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;2. Key Laboratory of Structural Engineering and Vibration of China Education Ministry, Tsinghua University, Beijing 100084, China;3. Department of Civil Engineering, University of Southern California, Los Angeles, CA 90089, U. S.)Abstract:Based on the experiments of concrete-filled square steel tubular column connections with interior or exterior diaphragms under cyclic loading, 3-D nonlinear finite element models were used to analyze the mechanical properties of these two types of connections using ANSYS. Based on appropriate material stress-strain relations and failure criteria, finite element analyses were conducted under monotonic loading and cyclic loading. The load - deflection curves and shear force - deformation curves by finite element analyses show good agreement with those of the experiments. Parametric analyses were conducted on the connections with exterior diaphragms to investigate the influences of compression ratio, width to thickness ratio, strength of the concrete in the square steel tube and concrete slab height. It is found that compression ratio and width to thickness ratio are more important to the connections.Key words:concrete-filled square steel tubular column; connections with interior diaphragms; connections with exterior diaphragms; finite element analysis; parametric analysis———————————————收稿日期：2005-03-02；修改日期：2005-06-12基金项目：国家自然科学基金资助项目(50438020)作者简介：*聂建国(1958)，男，湖南衡阳人，教授，博士，博导，从事结构工程研究(E-mail: niejg@)；秦凯(1979)，男，山西太原人，博士生，从事结构工程研究；肖岩(1961)，男，内蒙古呼和浩特人，教授，博士，从事结构工程研究。
100 工程力学钢管混凝土具有强度高、重量轻、延性好、耐疲劳、耐冲击等优越的力学性能[1]，同时钢管可作为浇注核心混凝土的模板和承重骨架，从而节省模板费用，加快施工进度，具有优越的施工性能。
方钢管混凝土虽然约束效果不如圆钢管混凝土显著，但是具有截面抗弯刚度大、稳定性能好、便于采取防火措施等诸多优点，同时其节点几何形状规则，梁柱相交面为平面，便于施工，因此近年来方钢管混凝土结构已经受到人们的广泛关注，实际工程应用不断增加。
《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159: 2004)[2]已将内隔板及外加强环式节点列为方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的推荐形式。
目前研究人员对方钢管混凝土柱外加强环式节点的研究相对较少[3]，而对方钢管混凝土柱内隔板式节点则已经进行了一定的试验研究[4~6]，提出了相应的抗弯承载力及抗剪承载力计算公式，但是由于试验的破坏模式大部分为梁铰破坏或节点弯曲破坏模式，而节点剪切破坏模式相对较少，因此其抗剪承载力计算公式的可行性还有待于进一步的试验验证。
目前国内外对这两种节点的研究主要以试验及理论分析为主，有限元分析还不多见。
然而由于节点受力性能复杂、试验条件有限，仅依靠试验及理论分析还有所不足，需要通过有限元分析对节点的受力性能进行更加深入的研究，因此为了研究这两种节点的受力性能和剪切破坏特征，笔者对6个方钢管混凝土柱节点试件进行了试验研究。
在此基础上通过通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱内隔板式节点和外加强环式节点进行了三维非线性有限元分析，并与试验结果进行了对比，有限元分析结果与试验结果吻合较好，从而为方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点的抗弯、抗剪承载力研究奠定了分析基础。
在此基础上笔者对方钢管混凝土柱外加强环式节点进行了参数分析，研究了轴压比、宽厚比、核心混凝土强度及混凝土楼板高度对节点受力性能的影响。
1 试验研究1.1 试件概况笔者对6个方钢管混凝土柱节点试件进行了试验研究，试件的具体情况如表1所示。
CFRTJ-1与CFRTJ-2为非对称内隔板式节点，节点区采用三块内隔板。
CFRTJ-3为对称的内隔板式节点，节点区采用两块内隔板。
试件CFRTJ-4、CFRTJ-5为外加强环式节点，节点域内布置栓钉，直径10mm，间距60mm，高度60mm。
图1 试件CFRTJ-3主要尺寸Fig. 1 Details of specimen CFRTJ-3图2 试件CFRTJ-4主要尺寸Fig.2 Details of specimen CFRTJ-4其中CFRTJ-4节点域内栓钉布置为9排，CFRTJ-5节点域内栓钉布置为7排。
CFRTJ-6为钢梁与方钢管混凝土柱直接焊接式节点，钢梁上未浇注混凝土楼板，同时也没有采取内隔板或外加强环等构造措施，仅在节点域内布置了9排10@60φ的栓钉。
试件CFRTJ-3、CFRTJ-4的主要几何尺寸如图1、图2所示，材性指标见表2和表3。
试件的钢材均采用Q345B，管内混凝土设计标工程力学 101号C40，混凝土楼板设计标号C35，板内钢筋为HPB235级。
钢管由四块钢板拼焊而成，采用全熔透坡口焊缝形式。
钢梁上下翼缘与柱壁的对接焊缝施焊时均设有垫板，垫板与柱壁点焊固定，施焊后未去掉垫板。
钢构件加工完毕后，在钢梁与柱壁交界处焊接角钢，以便楼板钢筋与钢管进行焊接连接，管内混凝土及楼板混凝土均在实验室手工浇捣养护。
表1 试件的参数设置Table 1 Parameters of specimens试件编号CFRTJ-1 CFRTJ-2 CFRTJ-3 CFRTJ-4 CFRTJ-5 CFRTJ-6 楼板有无节点形式内隔板式外加强环式直接焊接式栓钉无10@60φ对称性非对称对称表2 钢材的材料性能Table 2 Material properties of steel类型厚度或直径/mm 屈服强度y f/MPa极限强度u f/MPa伸长率δ/ %6 393 539 21.2钢板8 526 608 14.3钢筋 6 340 476 31.6表3 混凝土的材料性能梁自由端位移值的一半，在每级控制位移下反复两Fig. 4 Arrangement of deformation transducers102 工 程 力 学2 有限元计算模型为了对方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点进行深入的研究，本文对试件CFRTJ-3~CFRTJ-5进行了有限元模拟，并在此基础上对外加强环式节点进行了参数分析。
有限元分析采用全模型建模，其基本的几何、物理参数与试验试件完全相同，即取柱轴压比0.3=n ，钢管管壁厚度8mm cf t =，核心混凝土强度,1500.67c cu f f =，混凝土楼板高度45mm c h =。
2.1 模型的简化对于钢管壁与混凝土之间的粘结模拟，少数研究者在钢单元与混凝土单元之间加入了滑移单元或间隙单元，结果表明考虑界面之间的滑移性能对钢管混凝土结构的整体受力性能影响不大[8,9]，因此在本次分析中，假定钢管壁与混凝土之间完全粘结，钢管的局部屈曲作用也不作考虑。
试验实测表明，栓钉的应变在试验过程中数值很小，远未达到屈服，与内隔板及外加强环相比作用很小，因此在进行有限元分析时仅考虑内隔板及外加强环的作用，而对栓钉则不予考虑。