钢骨-钢管混凝土柱与钢梁节点力学性能分析

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Ｓ Ｊ一４ Ｓ Ｊ一５
Ｏ ８ ．５ ０９ ．
１３ ３ １３ ３
５ ×４ Ｏ ５ ×４ Ｏ
４． ９ ２ ４． ９ ２
模 型中的各 部件 采用 “ 绑定” 的方式接触 ， 这样各接触面 上 只有 力的传递 ， 而没 有相对 的位移 。对 于钢 筋则采 用 “ 嵌
入” 的方式置入到混凝土的 内部 ， 而使各个 部件共 同工作 。 从
表 ２ 钢材力学指标 （ Ｐ ） Ｎ ａ
２ 分 析结 果
弹性模量
２ ６ ０ ０ｏ０ ２ Ｏ ｏ １Ｏ ０ ２ Ｏ ｏ １０ ｏ
材料
钢 材 纵 筋 箍 筋
屈服强度
３ １８ ８． ２５ ９ ４． ２４ ５ ４ ．
结构 工程 师， 主要从事组合结构研 究。
本实验主要研究 不 同轴 压 比作用 下钢 骨 一钢管混 凝 土 柱的力学性能 ， 具体 试件分组如表 １ 表 ２所示 。 、
四川建筑
第３ １卷 ５期
２ ３ ．０ ０ １ １
ｌ１ ４
表 １ 试 件 主 要参 数 表
１７ 单 元 划 分 ．
【 关键 词】 节点 ； 钢骨 一 钢管混凝土 ； 轴压比 ； 有 限元分析 【 中图分类 号】 Ｔ ３８ ９ Ｕ ９ ．
近期 ， 多专家对钢管混凝土核心柱 深入研究 的成果 表 许 明： 钢管混凝 土组合柱的核心钢管混凝 土与外侧钢 筋混凝 土 不一定能够协 同工作直至破坏 。针 对这种结 构形式 的不足 ， 徐 亚丰教授提 出了“ 骨 一钢管混凝土柱 ” 钢 并获得 国家专利 。 在这种新型结构形式 中， 钢骨和钢管分别 对混凝土 提供约束 作用 ， 在合理设计后 可使 钢管内外混凝土 同时达到 极限承载 力， 从而提 高了其 承载力 和抗 震性能 … 。 本文在继承 了这种新型结构形式优 点 的基 础之上 ， 出 提 了一种新型 的钢骨 一钢管混凝 土柱 与钢梁节 点形式 ， 即在钢 管与钢梁连接部位采用环梁连接 ， 钢梁 的腹板和环 板 同时 与
【 文献标识码】 Ｂ
钢管焊接 ， 钢管外 部浇筑 钢筋 混凝 土 ， 在混 凝土外 部用 角钢 与缀板 加 固。这 种 节 点 形 式 具 有 构 造 简 单 、 力 明 确 的 传
优 点。
综 上所 述 ， 笔者 在前人 总结 的本 构模 型 的基 础 上 ， 利用 大 型通 用有限元分析 软件 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ对 钢骨 一钢管 混凝 土柱 与钢梁 节点进行静力性能 的有 限元分析 。
载力进行非线性有 限元 分析 ； 通过建模 、 选取本构 关 系、 定单元 类型 、 确 边界条 件设置 、 载步 以及 网格划 分 荷 的设置 ， 出了节点 梁端的荷载 一位移 曲线 ； 得 并选取 了十种轴压 比进行 对 比， 出轴 压 比对节点 的承 载力 的 得 影响 关系。其承栽 力的有限元计算和理论分析结果 吻合较好 ， 说明 了本模拟是正确的 。
４． ９ ２
算 的精确性较好 。在反复 的试验之后 ， 者在节点 区域 内采 笔
用较为 密实 的网格划分 ， 这样可 以集 中计算 机资源对重 点研 究 区域进行精确计算 。
１ ８ 不 同材 料 界 面 的 处 理 ．
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Ｓ Ｊ一３
Ｏ８ ．
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５ ×４ ０
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序号 件编号 试 轴压 比 钢管直径 （ ｌ ） ｎｌ 角钢尺寸 （ ｍ）总含钢率／ ｌ １ ｍ ％
ｌ
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本文采用 的划分方法 是六 面体 为主的 网格划 分 ， 对计 其
Ｓ Ｊ—ｌ
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０５ ．
Ｏ７ ．
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１３ ３
５ ０ Ｘ４
５ ×４ ０
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１ ２ 模 型 的设 计 尺 寸 ．
本 文 采 用 加 强 环 板 式 节 点 ， 将 工 字 钢 梁 上 、 翼 缘 即 下
与环板焊接 ， 环板和梁腹板 同时与 钢管外壁焊 接。钢管 与角 钢均采用 Ｑ ４ ３ ５级 钢 ， 钢管直 径 １３ｍ 壁厚 ５ｍ 工字钢 ３ ｍ， ｍ； 采用三块钢板焊接 ， 腹板尺寸 为 一１ ０×２０ 翼缘 尺寸为 一１ ７， ５ ×１０ 角钢 采 用 Ｌ ５ ０； ０×４ 缀 板 尺寸 为 一４×２０ 以 间距 ； ０，
： 瓣
钢 骨 一钢管混凝土柱 与钢 梁节点 力学性能分析
邹 波 ， 孙鹏举 徐亚 丰 ，
（． 宁石 油化 工 大学 ， 宁抚顺 １３ ０ ；． 阳建 筑大 学土 木工 程学 院 ， 宁沈 阳 １０ ６ ） １辽 辽 １０ １２ 沈 辽 １１８
【 摘 要】 文章利 用大型通用有限元分析 软件 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ对钢 骨 一 管混凝 土柱与钢 梁连接 节点的承 钢
极 限强度
５２２ ４ ．
泊松 比
Ｏ３ ． ０ ２ ．５ ０ ２ ．５
２ １ 各 构 件 变形 后 的应 力 云 图 ．
图 １ 节点 几 何型 的建 立
１ １ 节点的 简化计算模型 ．
在框架 节点模 拟 实验 中 ， 般近 似取框 架梁 、 反 弯点 一 柱 与框架节点 间距 离作 为试件 的梁 、 长度 ， 实验 为节省 计 柱 本 算机资源 ， 近似按照实体试件 的 １２进行建模 。 ／
图２ 节点有限元模 型
１５ｍｍ １ 沿纵 向均 匀 布置 ； 筋 均采 用 Ｈ Ｂ ３ ， 中纵 筋 为 钢 Ｐ ２５ 其
４５０ 箍筋采用 ８双肢箍 ， ｑ ， １ 间距 １０ｍｍ（ １ 图 ２ 。 ０ 图 、 ） １３ 试件 的主要参数及 力学指标 ．
［ 定稿 日期 ］０ ０—１ ８ ２１ １—１ ［ 作者简介 ］ 波 （９ ５一） 男 ， 邹 １６ ， 副教授 ， 从事 建 筑工 程 教 学工作 ； 孙鹏举（ ９ ７一） 男 ， １８ ， 在读 研 究生 ， 主要从 事组 合 结构研 究； 徐亚丰（ ９ ３～） 男， １６ ， 博士后 ， 教授 ， 国家一级注 册