新型钢-混凝土梁柱组合节点力学性能研究

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1、第25卷第4期华中科技大学学报(城市科学版)VO1．25NO．42008年l2月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Dec．2008新型钢一混凝土梁柱组合节点力学性能研究雷劲松2，王汝恒，杨东升，毛肖宁(1．西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳621010；2．湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082；3．绵阳西科建设项目管理咨询有限公司，四川绵阳621000)摘要：建立三维有限元模型，分别对钢筋混凝土梁柱节点和新型钢管混凝土柱一钢骨混凝土梁节点的力学性能进行研究。钢骨采用格构式构造，即采

2、用角钢代替梁中纵向钢筋，用钢量不会增加很多，用薄钢板代替箍筋，角钢可以和混凝土很好的协同工作，节点不采用传统的加强环式连接，而是将其直接穿过柱拉通。结果表明，新型节点可很好传递梁端弯矩和剪力，初始刚度大，且延性好，有很长的屈服平台，屈服后承载力下降不多，抗震性能优越。破坏时柱钢管应力较小，没有出现屈服，柱内核心混凝土大部分处于受压状态，应力较小。节点域和柱变形极小，说明该种节点整体性很好，刚度大。破坏时塑性角外移，避免了节点域的脆性破坏，符合强节点，弱杆件的抗震设计原则。关键词：钢管混凝土柱；钢骨混凝土梁；组合节点；力

3、学性能中图分类号：TU398文献标示码：A文章编号：1672—7037(2008)04—0081—04钢管混凝土构件中的混凝土受到钢管的完全性模量E=2．06×105N／nun；泊松比0．3；梁柱混束缚，提高了核心混凝土的延性；核心混凝土的凝土等级为C30，弹性模量El_3．o0×10N／mm，存在，提高了钢板的抗局部屈曲能力和构件的抗泊松比取O．2。其中混凝土部分采用8节点三维实震能力；此种组合结构施工快速，造价相对较低，体单元Solid65模拟，角钢和钢管部分采用三维因此近年在国内外高层建筑中应用较多【JJ。各向同

4、性8节点实体单元Solid45模拟。节点设计是框架结构设计的中心环节【2，起1．2节点设计参数着在梁柱间传递弯矩和剪力的作用，因此节点区图1为四种节点模型(尺寸完全相同)：钢筋域受力较为复杂，应力集中程度大。为达到强节混凝土梁柱节点模型GH1，穿插等边角钢混凝土点弱杆件的抗震设计原则，目前大部分工程都采梁柱节点模型GG1和不等边角钢模型GG2，加用加强环办法来对节点进行加强，施工较为困难，缀板梁柱等边角钢节点模型GG3。且质量不容易保证L5J。鉴于此，本文提出了一种适用于钢管混凝土柱．钢骨混凝土梁连接的新型节点：钢管混

5、凝土柱与穿插角钢混凝土梁连接节点，该节点用角钢替换受拉钢筋，利用用钢量基本相等原则进行替换。采用有限元方法分别对钢筋混凝土梁柱节点和三种角钢钢骨混凝土连接节(a)GH1(b)GG1点的力学性能进行分析，研究其抗震性能。1节点参数及模型1．1材料参数及模拟单元20钢材为Q235．B级钢，屈服强度215MPa，假定材料为理想弹塑性两折线模型，采用(C)GG2(d)GG3Von—Mises屈服准则和双线性随动强化准则，弹图1混凝土梁柱节点模型收稿日期：2008．06．18作者简介：雷劲松(1971一)，男，湖北松滋人，副教授

6、，博士研究生，研究方向为结构工程抗震及钢结构抗震性能，leijinsong@swust．edu．ca。基金项目：国家自然科学基金(10602048)；四川省自然科学基金(03JY029—038—2)。·82·华中科技大学学报(城市科学版)2008年缀板和角钢上下肢焊接在一起，使其整体性载极限状态时，梁端位移也相对较小。(1)对于更强。梁上插有4根20×4型角钢，其关于梁中模型GH，当荷载加至模型破坏点时，模型中各心线对称布置。梁长800iilln，角钢长1000mm；个构件没有发生较为明显塑性变形，延性较差。柱长120

7、0mm，柱钢管壁厚6ITlIn，满足钢结构(2)对于钢管混凝土节点模型GG，在荷载作用规范【6局部稳定性以要求，不会在施工时发生钢下，角钢很好起到抵抗外加荷载作用，承载力相板局部屈曲现象。对较高；而钢管混凝土柱承载力也很高，因此整1．3约束条件和加载方式个节点模型承载力很高1．3．1约束条件表1承载力和位移计算结果采用对柱上下两端面位移全部约束方式，由圣维南原理可知，这样模拟边界条件仅影响柱端部较小范围内应力分布，而对重点研究的节点区域应力分布无影响。1．3．2加载方式对梁悬臂端施加低周往复荷载，加载点位于悬臂梁端上下

8、截面中心线上，单调加载定义6个荷载步进行加载，每次递增10kN，直到模型破坏；往复加载时第一循环荷载为20kN，以后每次递3应力分析增10kN，直到模型破坏。3．1梁应力分析1．4有限元模型从图3看到，所有模型梁端上下边缘处应力图2中GH和GG系列均采用分离式模型，最大，符合悬臂梁受力原则。模型GH1，GG1即混凝土和角钢及混凝土