钢管混凝土柱节点试验及非线性分析

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1、低温建筑技术2012年第3期(总第165期)钢管混凝土柱节点试验及非线性分析李蔚，刘祖华(同济大学结构工程与防灾研究所，上海200092)【摘要】针对某地下车站主体结构中应用的钢管混凝土柱一型钢混凝土梁加强环式节点，根据相似原理对其进行静力试验研究，通过试验了解此节点的承载能力和破坏机理；进而利用ANSYS有限元分析软件对此试件进行了非线性数值模拟，对试验和理论结果对比研究分析表明，该节点传力路线明确，受力性能良好，满足“强节点，弱构件”的设计要求。【关键词】梁柱节点；有限元分析；力学性能【中图分类号】TU375【文献标识

2、码】B【文章编号】1001—6864(2012)03—0024—04EXPERⅡENTALINVESTIGATIoNANDNoNLDEARFINITEELEMENTANALYSISoNTHEBEHAVIoRoFCFSTCoLUM【NJIONTUWei．LIUZu—hua(ResearchInstituteofStructuralEngi．andDisasterReductionofTongjiUniv．，Shanghai200092，China)Abstract：Inthispaper，basedontheprincipl

3、eofsimilitude，jointofSRCBeam—CFSTColumnwithringstifenersoftheundergroundstationisinvestigated．Basedonmonotonicloadingexperimentalinves．tigation，thefailuremechanismandultimatebearingcapacityofSRCBeam-CFSTColumnConnectionareanalyzed，then3Dnonlinearfiniteelementmodel

4、swereusedtoanalyzethemechanicalpropertiesofthisSRCBeam—CFSTColumnConnectionusingANSYS．Theanalysesoftheexperimentalandtheoreticalre—suitsshowthatthistypejointperformswellworkbehaviorandisreliabletocapacity．Keywords：columnjoint；finiteelementanalysis；mechanicsperform

5、ance目前随着重载大跨建筑的迅速发展，钢管混凝土顶层钢骨横梁与柱节点图见图1。节点各个部分柱或型钢混凝土梁的组合结构在我国高层建设中的的弹性模量通过刚度等效获得，容重通过面积等效折应用也越来越广泛。节点是一种结构体系的重要算得到，具体参数见表1、表2。组成部分，它对于保证结构的整体性和计算模型的正表l梁柱结构基本参数确性都有着举足轻重的作用。合理、安全的节点型式也是推广该组合结构在建设中应用的关键技术之一。文中主要利用实验室缩尺模型试验和非线性有限元数值分析相结合的方法对某地下车站采用的钢管混凝土柱一型钢混凝土梁节点设计

6、荷载作用下的力学性能以及破坏机理进行了模拟和研究，为节点的设计表2板和钢管结构基本参数和施工提出合理、可行性建议。1工程概况某大型车站主体结构采用现浇劲性钢筋混凝土框架结构，跨度较大的梁采用型钢混凝土梁，柱均采用钢管混凝土柱。由于此工程中主体结构属于超大超深，经简单复核发现在正常工作状态下顶层钢管混2试验研究凝土柱节点区域会出现较为明显的内力集中现象，为2．1试验方案了保证结构在正常工作条件下的安全性，研究此节点根据相似原理，试验模型大小采用与实际结构1：力学性能和破坏机理就显得极为重要了。5的模型比例，试件的梁和柱尺寸根

7、据反弯点位置确李蔚等：钢管混凝土柱节点试验及非线性分析定，组成一个平面十字形带楼板的节点模型。在模型3试验结果及分析设计中，材料的弹性模量和泊松比等与实际结构相3．1梁端荷载一挠度曲线同。节点由上下加强环、径向加劲肋及混凝土部分型钢混凝土横梁梁端荷载-挠度曲线见图2。型组成。钢混凝土梁从加载到破坏大致经历了三个阶段：(1)加载初期，型钢混凝土横梁截面未开裂时l∞ⅢI横梁试件表现为弹性变形特征，当荷载到达360kN时，横梁受拉侧环绕钢管混凝土柱部位发现微裂缝，>一S．--’·I．。。‘：：：碰罂’<一从梁端荷载一挠度曲线看，

8、挠度增长近似为直线。一’●1¨●■一■、j■■髓"一∞：J＼．，

9、I．兰●＼牌引f_引．_r，●，●j●引，J。Z·．．，．．．。暴I·’：挺}4型b图1地下一层型钢混凝土横梁一柱节点图挠度／ram试验中梁、板及加强环环梁采用CA0混凝土，抗图2型钢混凝土横梁粱端荷载一挠度曲线压强度为35．4MPa，钢