新型钢管混凝土板柱节点弹性有限元受力分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第4期2O08年4月广东土木与建筑No．4GUANGD0NGARCHITECTURECIVILENGINEERINGAPR2加8新型钢管混凝土板柱节点弹性有限元受力分析刘付钧蔡健(华南理工大学土木工程系广州510641)摘要：对于节点区内柱钢管不连通式钢管混凝土柱一平板节点这一新型节点型式．采用ABAQUS软件对其轴压和偏压性能进行系统的分析，研究节点在轴心受压和偏心受压情况下的应力分布。探讨不同构造方式对节点受力性能的影响及节点的受力机理，为其实际应用提供参考。关键词：钢管混凝土柱；板柱节点；受力机

2、理；有限元分析1引言2分析模型介绍钢管混凝土柱一平板结构既能发挥板柱结构在我们确定了7个节点分析模型(如图1)，编号使用功能上的灵活性．又可利用钢管混凝土柱在承分别为A1～A7．其主要变化参数有钢管在节点区构重方面优异的力学性能．故日渐受到结构工程师的造、下柱钢管是否深入节点内部、是否有钢筋、荷载青睐[”。目前国内外关于钢管混凝土柱一平板节点的偏心率等。试件参数见表1。研究不多．现有的板柱节点的思路均是保持钢管混凝土柱沿全高贯通成整体．楼盖平板只能从柱子侧面与其连接．主要依靠加强环板或连续钢筋来实现弯矩传递，而通过牛腿、抗剪销等钢构件进行剪力传递，

3、节点构造较复杂．且对结构灵活布置的适应性较差。对预应力平板结构而言，还须在节点钢管上开洞，以保证一定数量的预应力筋正交穿过节点[23．进一步加大了施工难度(a)试件平面(b)1-1剖面(A5)图1节点模型示意图本文提出的节点区柱钢管不连通式钢管混凝土表1模型设计参数柱一平板节点．其思路是保持混凝土平板楼盖的连续性．各层楼盖在板柱交接处的板面和板底与钢管混凝土柱连接为了避免节点区由于钢管不连通而受到削弱．在柱头附近局部加厚楼板形成柱托板。通过托板内的混凝土和环向钢筋约束节点核心混凝土，使其承载力达到或超过相应的钢管混凝土柱。鉴于该节点型式为新的设计思

4、路．其结构受力性能较复杂．笔者在前期试验研究的基础上，利用大型通用注)1、钢管截面D·t=219x6(mm)，节点直径579mm；有限元软件ABAQUS对此新型节点在轴压和偏压2、试件A3、A5～A7的下柱钢管插入节点中76ram。两种情况下的受力性能进行有限元数值模拟分析。弥补了试验中无法获得的节点内部应力分布规律．3节点的有限元模拟及结果分析并对节点的受力机理进行了详细分析。从而进一步明确钢管混凝土板柱节点的力学性能。其分析结果3．1模型的建立与求解可为该类节点设计提供有益的参考有限元模型中钢管柱和混凝土采用三维实体单元(C3D8R)，柱身与节

5、点区的钢筋采用嵌入式桁架维普资讯http://www.cqvip.com维普资讯http://www.cqvip.com2008年4月第4期广东土木与建筑APlR20憾NoA对本文研究的新型板柱节点而言．由于柱钢管在节点区内不连通，这种约束力就主要靠柱帽和间接5结论钢筋来提供。为了研究钢管与柱帽对节点核心区混凝土约束的强弱关系．本文以模型A1为基础进行本文利用ABAQUS软件对节点区柱钢管不连了两种情况的有限元分析。采用平面应变、二维实体通式钢管混凝土柱一平板节点进行了弹性有限元分单元，套箍指标0=1．83，钢材弹性模量Es：200GPa，析，考察

6、了节点区的应力分布情况以及不同的节点泊松比v=0．3；C25混凝土弹性模量=28GPa，泊松构造形式对其受力的影响，从而得到以下结论：比=0．2。紧箍力20MPa，采用显示中心差分法分5．1在轴心受压工况下．节点区受力机理可理解为析，计算时问为0．05s，远大于结构自振周期，不计动钢管混凝土构件对节点区产生的整体局部承压作用力影响，计算简图如图4所示。与钢管对节点区产生的局部冲切作用相叠加．钢管的局部冲切作用在节点区产生应力集中现象．对节点的开裂荷载及开裂后刚度影响较大．而节点的极B点限承载力主要受整体局部承压作用控制而在偏心受压工况下，节点区应力

7、沿弯矩方向呈梯度变化，受力机理可理解为钢管混凝土构件对节点区产生的整(a)钢管(b)柱帽体偏心局部承压作用与钢管对节点区产生的偏心局图4约束核心混凝土计算简图部冲切作用相叠加(1)钢管对核心混凝土的约束程度5．2在轴心受压工况下．节点核心区的应力分布可钢管紧箍力与钢管径向变形值的比值为：以分为3个区域．I区为传递柱身核心混凝土轴向力A点：0=p／d=2000／1．72x10-4=1．16x10kN·m3的主要区域，处于高围压状态。在受力过程中基本不B点：0=p／d=2000／1．68x10-4=1．19x10kN·m3会发生破坏：Ⅱ区在柱身混凝土及

8、柱身钢管轴向力(2)柱帽对核心混凝土约束程度作用下均产生轴向压应力，且上、下表面与钢管接触核心区混凝土受到柱帽约束．柱帽紧