钢管混凝土柱-钢梁环板节点抗剪性能数值模拟

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1、第28卷第3期土木工程与管理学报Vo1．28No．32011年9月JournalofCivilEngineeringandManagementSep．2011钢管混凝土柱一钢梁环板节点抗剪性能数值模拟史艳莉，谢娜，王文达，张鹏鹏(兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州730050)摘要：为了研究钢管混凝土柱一钢梁环板节点的抗剪性能，采用ABAQUS软件对节点进行了数值模拟。通过对大量的典型算例进行数值模拟，验证模型的合理性。在此基础上，依据规范所规定的节点设计的一般原则，建立钢管混凝土柱一钢梁环板节点的有限元典型试件模型，并对该模型进行单调加载下的全过程分析。依据

2、所得到的有限元数值模拟结果，分析节点宏观的破坏形态以及微观的剪力一剪切变形关系，以此来明晰节点的受剪机理，从而为抗剪设计提供一定的依据。关键词：钢管混凝土；环板节点；数值模拟；抗剪性能中图分类号：TU398．9文献标识码：A文章编号：2095-0985(2011)03-0183-05近年来，随着钢管混凝土结构的发展，其在工出了圆钢管混凝土节点抗剪承载力公式，并进行程上的应用越来越多，随之对其理论的研究也越了有限元分析；肖万松等对带内隔板的矩形钢来越多。目前，国内外的研究人员对节点的抗震管混凝土节点进行了理论和有限元分析，并推导性能进行了一定的实验研究和理论研究

3、，但是对了节点的受剪承载力公式；高春彦等对内隔板节点的抗剪性能研究还不成熟，有待于完善，主要式节点进行了分析计算，推导了其受剪承载力的还存在以下几个方面的问题：(1)由于钢管混凝叠加公式；聂建国和徐桂根建立了方钢管混凝土节点的抗剪机理比较复杂，再加上存在加强环、土节点抗剪受力模型，并进行了有限元分析，结果钢牛腿等构件，使得节点受力更加复杂；(2)以前证明与实验曲线吻合良好。的节点分析大多数是将钢管和混凝土分开考虑，国外主要有：Cheng和Chung对5个十字型没有充分考虑两者的协同作用；(3)在梁端变形的钢管混凝土梁柱连接节点试件进行试验分析，分析中，节点的剪

4、切变形是重要的组成部分，而以考虑了轴力对受剪性能的影响；Nishiyama等对前的研究人员对节点的剪切变形研究相对较少。影响节点抗剪的因素进行了分析；Fukumoto和本文考虑这几个方面的问题，对钢管混凝土柱一钢Morita对节点进行了实验研究，提出了基于叠梁环板节点的抗剪受力进行了数值模拟，以此来加原理的抗剪承载力计算方法。明晰节点的受剪机理，从而为以后的研究工作提供一定的依据。2钢管混凝土梁柱节点受剪状态节点抗剪的研究概述在荷载作用下，钢管混凝土柱一钢梁节点与普通混凝土框架节点的受力情况是相似的lLj，它不目前，国内外研究人员对钢管混凝土梁柱节仅要承受由柱

5、端方向传来的轴力、弯矩、剪力，而点的抗剪性能进行了一定的研究。国内主要有：且要承受梁端方向传来的弯矩及剪力，由于梁承周天华等⋯对内隔板式节点进行了理论和有限受的轴力较小，可以忽略不计。方钢管混凝土一钢元分析，并给出了节点受剪承载力公式；范晓燕梁节点的剪力由混凝土和钢管壁共同承担，节点等对高层钢管混凝土梁柱节点进行了理论分在水平剪力作用下产生剪切变形¨，其受力变形析，提出了节点的抗剪承载力公式；徐梦琴和许成如图1。祥探讨了影响节点抗剪承载力的主要因素，提节点的剪切变形为：收稿日期：2011-07—27作者简介：史艳莉(1977)，女，河北涿州人，副教授，硕士，研

6、究方向为钢与混凝土组合结构(Email：ceshiyl@163．con1)基金项目：甘肃省高等学校基本科研业务费(0904ZTBI47)；兰州理工大学科研发展基金(201002)·184·土木工程与管理学报2011年时)，柱端只约束平面外的2方向线位移。一单元的接触在Interaction功能模块里定义。}I钢管与混凝土采用面椅接触；钢管和钢梁采用绑I定约束；混凝土和加载板采用绑定约束；加载板和I钢管采用壳体一实体耦合约束。．．●—环板处有转角，会导致应力集中，在划分网格时应将环板处切割成几部分，使网格更均匀。加(a)受力示意图载分为两个步骤，第一步先加柱顶的

7、轴力，第二步在左右梁两端加竖向反对称位移。3．2算例对比选取了杜培源⋯的方钢管混凝土中柱节点SJ-01c试件进行算例比较。加载方式为柱顶施加斗，●叫●_1L恒定轴力，再在梁端加竖向反对称荷载。计算结————————4果与试验结果比较如图2所示，可见曲线吻合良(b)节点域变形示意图好。柱：口×f=200X8mm图l钢管混凝土节点受力变形示意图梁：H248~124~5×8n=235N／mm。，至fc．=20N／mmV~b+b2(1)：：：藕挺释其中h为节点域沿梁方向的高度，b为节点域宽彳．——试验度，为节点域沿对角线方向的平均变形：、．，夕⋯⋯一计算=(2)由节点

8、静力平衡方程可得节点剪力为：粱端位移／