钢混凝土组合梁-钢管混凝土柱的节点性能研究

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近几十年来,钢管混凝土结构在土木工程的各个领域得到广泛应用。在高层和超高层建筑中,由于钢管混凝土柱的特殊构造,促进了研究者对梁-柱连接方面的研究。目前有超过二十种的节点型式在工程中采用。各种约束刚度特性不一的节点型式,在引入框架设计时,无一例外地被假设为刚接或铰接节点。这种假设的合理性和对框架分析产生的影响,需要引起我们的重视。国内对钢管混凝土节点所作的研究,大多数都是针对具体型式的节点的承载力研究,很少探讨钢管混凝土节点的刚度问题。实际上,节点约束刚度对整体结构性能的影响是不容忽视的。 本文作为国家自然基金课题《钢管混凝土框架节点约束刚度的研究》的一个子项,选取了规范推荐的加强环式钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁节点进行研究。 本文中制作了4个节点进行节点模型试验,单调加载、重复加载以及反复加载。选取钢管(?)159×5;梁截面采用HN200、HN150的型钢梁;混凝土翼板厚度取120mm;钢管内和混凝土翼板都浇筑C30商品混凝土。抗剪连接件采用栓钉。借助有限元分析软件ABAQUS建立节点的实体模型并进行受力分析;利用较少量试验结果对有限元模型进行校核,得到与实际相符的有限元模型。然后在此模型基础上,改变节点细部尺寸,确定各要素对节点刚度的影响。 本课题提出了一种型钢混凝土组合梁-钢管混凝土柱节点形式,在国内还没有见过对同种类型的钢管混凝土柱-组合梁节点的刚性研究,具有一定的创新性。组合梁在节点负弯矩区,钢梁上翼缘没有明显的应力集中,弹性中和轴和塑性中和轴均在上翼缘附近。节点以梁下翼缘受压屈服而破坏。混凝土翼板处于受拉区,受力复杂,需要进一步研究。在有限元中和节点设计时,采用了平截面假定,假设钢梁与混凝土共同作用。通过对有限元分析结果的效核、修正,建立的有限元分析可以应用于组合梁柱节点分析。对该节点的研究,有助于框架节点研究,指导工程中组合梁柱节点设计,具有一定的实际意义。
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