方钢管混凝土柱梁穿筋式节点数值分析

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1、52低温建筑技术2014年第8期(总第194期)方钢管混凝土柱梁穿筋式节点数值分析庞树涛，殷福新(大连理工大学建设工程学部土木工程学院。辽宁大连116024)【摘要】对钢管混凝土柱一穿筋钢梁节点的受力性能进行了考虑几何非线性、材料非线性及接触非线性的多重非线性有限元分析，试验数据验证了模型精度和可靠性，并分析了方钢管混凝土一工字钢梁穿筋节点的滞回性能及钢梁腹板削弱和贯穿腹板后的性能改善，并与加强环式节点对比，表明穿筋节点具有更好“性价比”。【关键词】方钢管混凝土结构；节点；抗震性能；ABAQUS【中图分类号】TU392．3【文献标识码】B【文

2、章编号】1001—6864(2014)08—0052—04钢管混凝土结构因其具有承载力高、塑性韧性传力路径，其穿心构件有钢梁、腹板、翼缘、钢筋、弯起好、制作和施工方便、耐火性能好、经济效果好等优钢板等，我国新修订实施的《CECS28：2012}将钢管点⋯，工程应用越来越普遍。钢管截面形式主要有圆混凝土柱与连续钢梁贯穿节点作为推荐形式之一，此形、矩形、方形及多边形等，圆形和矩形钢管应用最为类节点的刚度特性能够满足刚性连接的要求。广泛，例如杭州瑞丰国际商务大厦、武汉国际证券大本文应用ABAQUS分析反复加载下贯穿钢筋节厦、台北国际金融中心、大连国

3、际贸易中心及广州南点的受力性能，有限元模型得到试验验证，并建模分航大厦等工程。析了方钢管混凝土柱与工字钢梁的穿透式节点区应梁柱节点一直是钢管混凝土结构的研究重点，钢力及破坏形式，承载力、延性及耗能等，并与外加强环梁主要节点形式有外加强环式、内隔板式、隔板贯通式节点性能对比。式、外肋环板式、穿芯高强螺栓一端(肋)板式、T型板1有限元分析模型锚定式、贯穿钢管式等，《CECS159：20O4}推荐的内(1)试验概述。基于文献[5]中方钢管混凝土隔板式和外隔板式节点的工程实践较为广泛。上述柱与箱型钢梁试件ts一3建立有限元模型，研究穿筋部分节点按刚接

4、考虑，但实际工程中并不存在绝对刚节点低周反复加载下的力学性能，采用的箱型钢梁为性节点，若转动约束能力达到理想刚接的90％就认为I16工字钢梁补焊腹板，详细构造见图1(a)，混凝土和刚性连接。贯穿式钢梁节点具有较强的刚度，明确的钢材材料特性采用试验实测值。lⅣPq趁500l8ol91_f．1⋯⋯⋯{⋯⋯500I8o19I80500180500幻lI二：工=JIlIII4l——————llIlI1百I，f曹一．1i一8050080100195100舳500808o50O8O50195508050080、蚕o}厂畦r——五———蟊—]—r荤1——莹

5、T—rr——兰———蛋—T]厂Er[—=—=———卫—T1—r—]—TTj——————I_(b)PBC图1节点构造配置详图(2)材料本构关系选择。钢材往复加载下应用压强度与实测立方体抗压强度换算系数采用欧洲混双线性随动强化模型，弹塑性阶段之后，钢材强化阶凝土协会标准0．833。混凝土受拉应力一应变关系采用段模量为E，Ot建议取O．O1，试验中钢管内核心混凝规范C2．3推荐模型。土采用C60，测得立方体抗压强度为70．8MPa。混凝土2—2≤1受压本构关系采用韩林海等提出的适用于方钢管中(1)>1受约束混凝土的本构计算公式(1)，采用的圆柱体抗

6、／30·(一1)+庞树涛等：方钢管混凝土柱梁穿筋式节点数值分析53式中，／占0，=o-／or0，0=，占0=+8o010一=(13o0+12．)X10-6,=昌7530OOOf、00／＼Jf＼／＼／＼L6+1．5／x,翅。VV0】V式中。和分别为混凝土轴心抗压强度标准V值、圆柱体抗压强度；A和A。分别为钢管和混凝土的横截面面积为钢管屈服强度；为约束效应系数。图3PBc加载曲线混凝土采用程序提供的损伤塑性模型模拟循环加载下的弹塑性行为，受压、拉损伤因子d、d。计算采用(2)式。d：1一(2)Ee(lrbeO-re0+)da。．：1l一一(I2Z

7、bD))Ec(-E-+s)图4Is一3节点破坏形态对比式中，。、。、Or分别为压应力、拉应力、峰值2有限元分析结果与试验对比压应力、峰值拉应力；。分别为压应变、拉应变；n、舳∞∞如O加∞∞∞(1)应力及破坏形态分析。试件采用箱型钢17,。分别为混凝土受压、受拉损伤指标系数；E为混凝梁，试验时发生节点剪切破坏，例如ts一3试件加载后土初始弹性模量。期梁端荷载及位移分别为90．27kN、50．39mm时，钢管(3)有限元建模计算。钢管及钢梁均采用四边与混凝土分离并形成平均约12ram的“鼓凸”，两侧牛形线性减缩积分壳单元(S4R)，9个截面点Si

8、mpson腿的受拉翼缘将钢管撕裂，ts一4情况类似。现对比计(辛普森)算法，钢筋应用桁架杆单元(13D2)，混凝土算与试验的破坏形态(图4)可知，高应力区域集中于采