钢管混凝土柱-钢梁环板节点力学性能与设计方法分析

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1、钢昔％凝十#·Ⅷ粱环＆”A^学B《’，＆FPj往目f究5、经济效果好。理论分析和工程实践都表明，与钢结构相比，在保持自重相近和承载力相同的条件下，可节省钢材约百分之五十，焊接工作量可大幅度减少：与普通钢筋混凝士结构相比．在保持自重相近和承载力相同的条件下，构件的横截面尺寸可减少约一半，从而加大了建筑的有效面积，混凝土和水泥用量以及构件自重相应减少约百分之五十。j图】2台北国际金融中心图l3广州电视塔综上所述，由于钢管混凝土结构在承载力、抗震性能、施工工艺、耐火性能、经济效果等方面具有的优点，钢管混凝土结构正被越来越广泛地应用十单层和

2、多层工业厂房柱、设备构架柱、各种支架、栈桥柱、地铁站台柱、送变电杆塔、桁架压杆、桩、大跨度和空间结构、商业广场、多层办公楼及住宅．尤其高层和超高层建筑以及桥梁结构中，取得了良好的经济效果和建筑效果。如图l2为2003年建成的台北国际金融中心，该建筑地下5层，地上10l层，建筑高度508m，柱采用了矩形钢管混凝土。图13为2008年建戒的广州电视塔，总高度6lo米，其中塔身高454米，上部天线高156米，结构外筒采用24根圆形钢管混凝十柱斜交形成的

3、叫格简体结构。1．2钢管混凝土梁柱连接节点类型根据组成钢管混凝十框架结构巾框架梁材料的

4、不同，将钢管混凝土梁柱节点分为钢管混凝土柱一钢筋混凝士粱节点和钢管混凝土柱一钢粱节点两大类。不同材料的框架粱及构造方式，节点的受力特点也不同。根据其受力特点，钢管混凝土结构的梁柱节点又分为刚接、铰接和半刚接三种：(1)刚接节点：在受力过程中，粱和钢管混凝土柱轴线的夹角保持不变．节点可以承受和传递支座反力和弯矩。(2)铰接节点：在荷载作用下，梁和柱的轴线在节点处的夹角可任意改变，粱只传递支座反力给钢管混凝土柱。(3)半刚接节点：受力过程中粱和钢管混凝土轴线的硕十．学位论义夹角发生改变，即二者之间有相对转角位移(韩林海和杨有福，2007

5、)【21。以下对两种不同类型的节点就其受力特点进行分析归纳。1．2．1钢管混凝土柱．钢筋混凝土梁节点钢管混凝土柱．钢筋混凝土梁节点在一些工程中也得到了广泛应用。韩林海和杨有福(2007)【21，钟善桐(1999【41；2003【5】)已对此类节点进行了较为系统的论述，由于本文主要研究钢管混凝土柱．钢梁连接节点，在此只介绍几种典型的钢管混凝土柱．钢筋混凝土梁节点形式。(1)钢筋贯通式节点在钢管混凝土结构中，框架梁为现浇钢筋混凝土梁时，采用把梁内纵向主筋贯通钢管柱，以传递梁端弯矩，同时可以在钢管的周边均匀布设牛腿以传递剪力。陈洪涛等(1

6、999)【9】进行了开圆孔和开长圆孔的钢管贯通式节点的实验研究。研究结果表明，节点开孔后通过加肋补强，不会影响柱子的承载力。蔡健等(2000)【10l进行了钢管贯通暗牛腿式钢管混凝土柱节点实验研究。结果表明，试件的破坏为钢筋混凝土梁端弯曲屈服后的剪切破坏，表明该节点具有良好的传力性能，梁端弯矩通过贯通钢筋可以较好地传递给柱。此类节点的特点是：传力明确、受力性能较好，基本满足强柱弱梁、强剪弱弯及强节点等抗震设计原则，但该类节点施工较为不便。(2)外加强环式节点在钢管混凝土柱上，于梁的顶面和底面纵筋位置上设置上、下外加强环板，上、下环板

7、之间的竖向钢板用来搭焊梁内斜筋，以传递梁端竖向剪力。李至钧和阎善章(1994)⋯】进行了5个典型的钢管混凝土柱．梁加强环式刚性抗震节点的实验研究，其中，2个试件采用钢梁，3个试件采用钢筋混凝土梁。实验结果表明，节点具有很好的抗震性能，能够保证钢管混凝土框架在地震区推广应用。同时，提出了加强环节点抗震设计要点和合理的设计建议。吴发红等(2001)【121进行了钢筋混凝土梁钢筋穿心式和不穿心式两种外加强环中柱节点、以及穿心式内加强环边柱节点实验研究。实验结果表明，梁中纵筋部分穿过钢管对节点的受剪承载力影响不大；梁内钢筋全部焊接在加强环上

8、与钢筋穿过钢管相比，屈服承载力有所降低，但节点耗能能力却会有所提高。根据研究结果，吴发红等(2001)【12】提出如下建议：(1)节点区加载到屈服位移后，沿钢加强环下口处开始出现水平裂缝，主要原因是混凝土和加强环板间的粘接强度不够，故在施工允许的情况下，可在钢加强环下设置适量的栓钉；(2)为了使节点区混凝土的密实度得到保证，上加强环板上混凝土排气孔大小宜适当。(3)钢筋混凝土环梁式节点这种节点是在梁截面高度处围绕钢管设置一圈钢筋混凝土圈梁，在环梁的中、钢管混凝土{士．俐粱玎=扳1'电／J。’≯什能’j设汁方法研究下部，于钢管的外表面

9、焊上环形钢筋，用于传递剪力。方小丹等(1999)【131，周栋梁等(2005)【14】对此类节点进行了的试验研究及有限元分析，包括节点的反复循环荷载试验和一个两跨三层框架的反复循环荷载试验。通过分析表明，在环梁一定高度范围内，环梁与柱