方鋼管混凝土柱—工字鋼梁節(jié)點(diǎn)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(jì)效益好、強(qiáng)度高、延性好、抗震性能優(yōu)越、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用越來越廣泛。但我國(guó)對(duì)方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點(diǎn)的理論和試驗(yàn)研究較少，因此開展方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點(diǎn)的受力性能研究，對(duì)于促進(jìn)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(jià)值。 目前，對(duì)方鋼管混凝土柱與鋼梁剛性連接節(jié)點(diǎn)的研究主要是針對(duì)內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)，研究了

2、外隔板式節(jié)點(diǎn)和豎向加勁肋式節(jié)點(diǎn)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(jì)效益好、強(qiáng)度高、延性好、抗震性能優(yōu)越、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用越來越廣泛。但我國(guó)對(duì)方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點(diǎn)的理論和試驗(yàn)研究較少，因此開展方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點(diǎn)的受力性能研究，對(duì)于促進(jìn)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(jià)值。 目前，對(duì)方鋼管混凝土柱與鋼梁剛性連接節(jié)點(diǎn)的研究主要是針對(duì)內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)，研究了外隔板式節(jié)點(diǎn)和豎向加勁肋式節(jié)點(diǎn)的受力性能。 本文設(shè)計(jì)了2 個(gè)外隔板式和2 個(gè)豎向加勁肋式方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點(diǎn)試件，進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)加載試驗(yàn)，研究了這兩種節(jié)點(diǎn)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(jī)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(diǎn)試件的實(shí)際尺寸進(jìn)行三維實(shí)體建模，運(yùn)用有限元軟件ANSYS 進(jìn)行非線性分析，有限元分

4、析得出的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合。最后通過對(duì)10 個(gè)不同參數(shù)的外隔板式方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點(diǎn)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(duì)節(jié)點(diǎn)性能的影響。 試驗(yàn)和有限元分析結(jié)果表明，這兩種節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)和豎向加勁肋式節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的塑性區(qū)域長(zhǎng)度大于梁翼緣變截面在豎向加勁肋內(nèi)的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)域剪力由鋼管壁和核心區(qū)的混凝土共同承擔(dān)，節(jié)點(diǎn)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(jī)制。對(duì)外隔板式節(jié)點(diǎn)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(diǎn)和豎向加勁肋式節(jié)點(diǎn)的受彎和受剪機(jī)理及梁上塑性鉸出現(xiàn)位置不同于常規(guī)節(jié)點(diǎn)，本文根據(jù)試驗(yàn)和理論分析，并參考相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程，推導(dǎo)了外隔板式節(jié)點(diǎn)和豎向加勁肋式節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)抗彎承載力和抗剪承載力、強(qiáng)柱弱梁驗(yàn)算和強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件驗(yàn)算表達(dá)式，給出了節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)建議。 進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)加載試驗(yàn)，研究了這兩種節(jié)點(diǎn)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(jī)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(diǎn)試件的實(shí)際尺寸進(jìn)行三維實(shí)體建模，運(yùn)用有限元軟件ANSYS 進(jìn)行非線性分析，有限元分析得出的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合。最后通過對(duì)10 個(gè)不同參數(shù)的外隔板式方鋼管混凝土柱－工字鋼梁節(jié)點(diǎn)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(duì)節(jié)點(diǎn)性能的影響。 試驗(yàn)和有限元分析結(jié)果表明，這兩種節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)和豎向加勁肋式節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的塑性區(qū)域長(zhǎng)度大于梁翼緣變截面在豎向加勁肋內(nèi)的

9、節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)域剪力由鋼管壁和核心區(qū)的混凝土共同承擔(dān)，節(jié)點(diǎn)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(jī)制。對(duì)外隔板式節(jié)點(diǎn)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(diǎn)和豎向加勁肋式節(jié)點(diǎn)的受彎和受剪機(jī)理及梁上塑性鉸出現(xiàn)位置不同于常規(guī)節(jié)點(diǎn)，本文根據(jù)試驗(yàn)和理論分析，并參考相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程，推導(dǎo)了外隔板式節(jié)點(diǎn)和豎向加勁肋式節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)