近年来,钢管混凝土结构在高层建筑中已被逐步采用,而且发展很快。节点是设计的关键技术问题,深入认识节点的性能将有助于钢管混凝土结构的推广使用。 本文系统总结了前人有关节点的理论分析和试验成果。根据研究的需要,有针对性地进行了一系列钢管混凝土节点试验。 首先,本文对钢管混凝土柱本身的力学特征作了理论分析,由于混凝土和钢材的泊松比差异,当轴压力超过一定值时钢管壁产生环向拉应力,而核心混凝土三向受压,从而提高了两种材料总的承压能力,而非两者承载能力的简单叠加。在此基础上讨论了“葫芦结效应”下钢管混凝土柱的受力特点,提出钢管混凝土柱壁作为加强环的翼缘的有效高度的限值为h≤100mm。 然后,根据试验结果得到的大量数据,经分析找出节点环板的高应力区及其大致的应力分布情况。为了获得连续的应力分布,本文也做了有限元数值计算。发现不管单向加载还是双向加载,环板转角处的应力最大,有明显的应力集中现象。环板的开裂往往是从转角处开始,开裂为脆性撕裂。所以应高度重视转角处的设计。建议采取“钝化”环板转角的措施,即加大转角处的弧度来降低其应力集中的程度。环板与梁轴线夹角45度是另一个高应力区,但其最大值要小于环板转角。如能充分“钝化”环板转角,则可以把环板与梁轴线夹角45度的内侧断面屈服作为强度设计依据。 另外,钢管混凝土梁柱节点的刚性是本文关注的另一个关键问题,本文首先分析了节点转动的机理。然后基于挠度分析法,对试验的大量数据进行拟合,获得了节点刚性的定性的判断。 由试验结果和理论分析,表明钢管混凝土梁柱节点的静力强度和刚性满足设计要求,说明本文提出的加强环的尺寸至少可用于非抗震区的设计。 最后,由试验结果得到了试件在低周反复荷载作用下的滞回曲线及破坏形态,对节点的抗震性能作了初步的探索。通过对其相关指标的计算,表明其抗震性能还是比较好的,缺点是节点在低周反复荷载作用的破坏形式不尽理想,具体地说塑性铰并非在梁端出现,这就导致不能实现抗震的基本设计原则---强柱弱梁。所以,本文建议钝化环板转角,提高节点处的钢管壁厚度。同时,焊接过程中注意保证焊缝质量,力争焊缝和钢材等强。通过上述措施来加强节点,尽可能地实现强柱弱梁。