新型鋼管混凝土柱方形環(huán)梁節(jié)點(diǎn)有限元分析

1、第 3 0卷第 4期 2 0 1 3年 1 2月 土 木 工 程 與 管 理 學(xué) 報(bào) J o u r n a lo fC i v i lEn g i n e e r i n ga n dMa n a g e me n tVo l _ 3 ON o ． 4De e ． 2 0 1 3新 型鋼 管 混 凝 土柱 方 形 環(huán) 梁 節(jié)點(diǎn) 有 限元分 析 葛森，聶肅非，單瑤嘉( 華 中科技大學(xué) 土木工程 與力學(xué) 學(xué)院 ， 湖北 武漢 4 3 0

2、0 7 4 )摘 要： 在圓形環(huán)梁節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)上提出方形環(huán)梁節(jié)點(diǎn)， 借助 A N S Y S 軟件建立了兩種節(jié)點(diǎn)形式有限元模型進(jìn)行非 線性 分析 。通過分析方形環(huán)梁節(jié)點(diǎn)抗剪 環(huán) 、 環(huán)梁混凝 土及其 鋼筋 的應(yīng)力 分布規(guī) 律研 究 了節(jié) 點(diǎn) 的抗剪 、 抗彎 機(jī) 理 ， 并 與圓形 環(huán)梁節(jié) 點(diǎn)進(jìn)行 對(duì) 比， 推導(dǎo) 了方形環(huán) 梁節(jié) 點(diǎn)抗 彎承載力設(shè) 計(jì)公式 ， 就影 響梁端彎矩 分配 的幾個(gè) 主要 幾何 因素進(jìn)行正交試驗(yàn)分析 。研究結(jié)果表 明

3、 ： 方形環(huán)梁節(jié)點(diǎn) 中環(huán)梁受力較為均勻 ， 其 配置直線型的鋼筋更 有利 于內(nèi)力的傳遞 ； 方 形環(huán)梁梁端彎矩一部分 由環(huán)梁上部受拉縱筋和下部受壓混凝土形成抵抗力矩來 承擔(dān) ， 另一部 分則轉(zhuǎn)化為環(huán)梁扭矩 ， 這兩部分彎矩分配 的比例受到節(jié) 點(diǎn)幾何 因素的影 響， 其 中環(huán) 梁高度 的影 響最 為敏感 ， 環(huán) 梁越高 ， 分配的扭矩越小 。關(guān)鍵詞 ： 方形 環(huán)梁節(jié)點(diǎn) ；有 限元分析 ；受力機(jī)理 ；抗 彎承載力設(shè)計(jì)方法 ；正交試驗(yàn)法 中圖

4、分類號(hào) ： T U 5 2 8 ． 5 9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： A文章編號(hào) ： 2 0 9 5 - 0 9 8 5 ( 2 0 1 3 ) 0 4 - 00 4 9 - 06F EA o fNe w S TCC Co l u mnJ o i n tCo n n e c t e dW i t hS q u a r eRi n gBe a m G ES e n ， N I ES u - f e i ， s H A NY a o - j i

5、a( S c h o o lo fC i v i lE n g i n e e r i n ga n dMe c h a n i c s ， Hu a z h o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，Wu h a n4 3 0 0 7 4， C h i n a )A b s t r a c t ： B a s e do nc i r c l er

6、 i n gb e a mj o i n t ， t h es q u a r er i n gb e a mj o i n ti sp r o p o s e da n dt h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l so ft h e s et w ot y p e so fj o i n t sa r eb u i l tw i t hA N S Y S ． T h es h e a ra n db

7、 e n d i n gm e c h a n i s mo fs q u a r er i n gb e a mj o i n tw e r es t u d i e db ya n a l y z i n gt h es t r e s sd i s t r i b u t i o no fi n s h e a rr e b a r ， r i n gb e a mc o n c r e t ea n dl o n g i t u

8、 d i n a lr e i n f o r c e me n t ，a n dc o m p a r e dw it hc i r c l er i n gb e a mj o i n t ， d e s i g n i n gm e t h o do fs q u a r er i n gb e a m wa sa ls op r o p o s e d， a n dt h ei n f l u e n c eo fs e v

9、e r a lma i ng e o me t r i cf a c t o r st ob e n d i n gmo me n td i s t r i b u t i o nw a ss t u d i e db yo r t h o g o n a l t e s t ． T h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h ed i s t r i b u t i o no ft h ei n t e

10、r n a l f o r c ei ns q u a r er i n gb e a m i sc o mp a r a t i v e l yu n i f o r m， a n ds t r a i g h tl o n g i t u d i n a lr e i n fo r c e me n ti smo r ec o n d u c i v et ot r a n s f e rs t r e s s ； T h eb

11、 e n d i n go fs q u a r er i n gb e a mj o i n tw i l lb ed i v i d e di n t ot w op a r t s ，o n ei so f f s e tb yt h et e n s i l er e i n f o r c e me n ta n dp r e s s u r e ds t e e lt u b e， t h eo t h e ri st r

12、a n s f o r me di n t ot h er i n gb e a m t o r q u e ， a n dt h ep r o p o r t i o no ft h e s et wop a r tsi sa f f e c t e db yg e o me t r i cs i z e s ， o fwh i c hh e i g h to fr i n gb e a m i st h emo s ts e n

13、 s i t i v e ．Ke yw o r d s ： s q u a r er i n gb e a mj o i n t ； F E A；s t r e s sme c h a n i s m； d e s i g n i n gme t h o do ff l e x u r a lc a p a c i t y ；o r t h o g o n a l t e s t關(guān)于鋼管混凝土柱與 R C梁連接節(jié)點(diǎn)的做法 是設(shè)計(jì)和施

14、工中較 為棘手的問題 ， 文獻(xiàn) [ 1 ] 中提 出了環(huán)梁節(jié)點(diǎn) ， 其構(gòu)造是在框架梁截面高度 處圍 繞鋼管混凝土柱設(shè)置 圓環(huán)形鋼筋混凝 土梁 ， 將框 架梁縱筋彎折錨 固于環(huán)梁 內(nèi)， 并沿鋼管圍焊一道 或多道鋼筋作為抗剪構(gòu)件 。因施工簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)效 益明顯 ， 環(huán)梁節(jié)點(diǎn)受到很大關(guān)注 ， 但至今仍未有一 個(gè)統(tǒng)一可靠的承載力設(shè)計(jì)方法 ， 其原 因可能與 環(huán)梁節(jié)點(diǎn)連接形式存在的某些不足相關(guān) ， 例如 ， 環(huán) 梁截面上的彎矩 、 扭矩隨著截面角度

15、的不 同而持 續(xù)改變 ， 致使截面受力十分復(fù)雜 ， 并且此類截面是 否滿足平截面假設(shè)也無相關(guān)理論 或試驗(yàn)支持 ， 使 用《 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 規(guī)范》中的方法求解截面 承載力未必可靠 。另外 ， 圓形環(huán)梁縱筋在混凝 土 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 5 - 0 2 修 回 日 期 ： 2 0 1 3 - 0 6 — 1 9作者簡(jiǎn)介 ： 葛 森 ( 1 9 9 0 一 ) ， 男 ， 安徽安慶人 ， 碩士研究 生 ， 研究方 向?yàn)殇?/p>