论文部分内容阅读
钢管结构以其简洁的、优美的造型而受到青睐,随着结构的大型化和复杂化,为保证结构的安全,在钢管中填充混凝土的加强方式被广泛采用。在主管中填满混凝土必然会增加结构的自重和材料的消耗,只进行部分填充而形成中空夹层的形式能使问题得到解决,而目前对于中空夹层钢管混凝土节点的研究比较少见。 本文对主管内套PVC管的十字型中空夹层圆钢管混凝土和方钢管混凝土节点在支管轴向压力作用下的静力性能进行了试验研究和有限元分析。 首先对十字型圆管节点和方管节点进行支管轴向压力作用下的试验研究,两种节点以支主管径比β和主管空心率φ为变化参数,分别包括18个主管部分填充混凝土的中空夹层钢管混凝土节点、2个主管全部填充混凝土节点和2个空钢管节点,根据内套管的截面形状和布置方式将中空夹层节点分为 CP、SP和SPR三类,对节点的破坏模式、极限承载力、初始刚度和节点区域应变发展进行了考察,试验结果表明:主管部分填充混凝土能不同程度提高节点的极限承载力和初始刚度;随着β的增大,节点的初始刚度和极限承载力提高;当φ较小时,中空夹层节点的破坏模式、极限承载力和初始刚度与全灌混凝土节点相近,当φ较大时,中空夹层节点破坏部位发生在主管,不同于全混凝土节点,并且极限承载力低于全灌混凝土节点;对于圆管节点,当φ较大时,SPR类节点的初始刚度略高于SP类,延性优于SP类,而极限承载力比SP类低;对于方管节点,当φ较大时,SPR类节点的初始刚度、极限承载力低于SP类,而延性明显优于SP类。 然后根据试验建立了有限元计算模型,对试验进行了模拟以验证模型的准确性,在有限元计算结果与试验结果适应良好的基础上,分别对240个中空夹层圆钢管混凝土节点和240个中空夹层方钢管混凝土节点进行了参数分析。考察了几何参数和材料强度对节点破坏模式和极限承载力的影响,分析结果表明:在所研究的参数范围内,节点极限承载力随着φ的减小、β的增大而增大,混凝土强度等级对极限承载力的影响不明显。 最后在Eurocode3计算空钢管节点公式的基础上,引入等效壁厚,拟合得到中空夹层混凝土节点极限承载力计算公式。