方钢管混凝土柱节点形式及受力机理分析

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1、第25卷第5期甘肃科技Vol.25No.52009年3月GansuScienceandTechnologyMar.2009方钢管混凝土柱节点形式及受力机理分析付敏(广东博意建筑设计院有限公司,广东佛山528312)摘要:对方钢管混凝土柱与钢梁以及钢筋混凝土梁连接的4种节点形式分析了其构造形式、受力特点、工程应用等,主要对内加强板式节点进行了受力机理及破坏特点的分析,最后,提出应加强新型节点形式的设计和试验研究。关键词:方钢管混凝土柱;节点形式;受力机理中图分类号:TU392.5[3]钢管混凝土柱由于其优越的受力性能、变形能(1)外加强板式节点力和良好的经济

2、效益,特别适合于抗震设防的高层、在钢管混凝土柱四周的梁上下翼缘位置设置水超高层建筑。国内常用的钢管混凝土柱按截面形式平外加强板,与梁上下翼缘焊接,梁腹板与焊接于柱不同,可分为圆钢管混凝土和方钢管混凝土两种。子上的钢板采用高强螺栓连接,节点如图1所示。根据受力性能分析,方钢管混凝土与圆钢管混凝土相比,钢管对其内部混凝土的约束作用相对较弱,但是它具有节点形式简单、便于施工、能有效提高构件延性等优点。为了使方钢管混凝土结构得到推广和应用,国内外学者对方钢管混凝土结构进行了大量的试验研究,主要集中于对方钢管混凝土柱的性能和设计方法的研究,但对方钢管混凝土柱节点的研

3、究相对较少。为此,将对目前国内外所研究的方钢[1]管混凝土柱的节点形式及设计方法进行介绍。1方钢管混凝土柱节点形式及特点节点是结构最薄弱的环节之一,是确定结构计算模型的关键,节点是否合理不仅直接关系到建筑结构整体的可靠性,还对结构的施工质量、工程进度以及整个工程的造价都有直接的影响。方钢管混凝土柱与梁的连接形式分为钢管混凝土柱与钢梁连接和钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接两种形式。方图1外加强板式节点钢管混凝土柱与钢梁节点在工程实践中应用较为广此类节点不受钢管边长大小的限制,但需要足泛,其主要形式有外加强板式、内加强板式、贯穿加够大的水平外加强板以保证节点的强

4、度,用钢量比强板式等。而方钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连内加强板大。外加强板式节点处外观不够简洁,使接形式及相应研究则很少,文献[2]研制了一种新型得室内装修有难度。[4]外置式环梁节点用于此类节点连接。下面将分别介(2)内加强板式节点绍各节点形式的特点:工字形梁上下翼缘与柱子的连接采用坡口对接1.1方钢管混凝土柱-钢梁节点焊缝连接,腹板与焊接于柱子上的竖向钢板采用高与圆钢管混凝土柱-钢梁节点相比,方钢管混强螺栓进行连接。在方钢管混凝土框架柱内部,与凝土柱-钢梁节点传力机理更为明确,构造形式较梁上下翼缘对应位置设置两块内隔板,沿框架平面为简单,而且更适合用

5、于住宅建筑中。现介绍四种方向与柱子坡口对焊,节点连接形式如图2所示。常用节点的构造形式和特点。此类节点构造简单、传力明确、节点刚度较大、98甘肃科技第25卷刚性。还有学者提出了穿心螺栓-加劲端板连接节点,缀板焊接连接节点等新型节点,都旨在改善现有节点存在的不足,如节点延性性能较差,焊缝强度得不到保证等缺点。新型节点的研究对进一步完善各种现有节点的构造形式和受力性能具有重要意义。1.2方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点国内目前有学者正在研究一种新型外置式环梁图2内加强板式节点节点,用于方钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接。承载力高。而这种节点当管柱边长较大时才能

6、采其节点构成为:在钢管外围设八角形环梁,框架用,因为当边长较小时不仅焊接困难,而且妨碍管内梁端纵筋弯折锚入环梁内传递弯矩;剪力则通过焊混凝土的浇灌。内加强板式节点需要进行内部施于钢管外壁的水平钢筋(简称肋钢筋)和环梁混凝焊,焊接困难,焊缝质量不易保证,而且隔板的存在土的局部承压来传递给钢管壁;肋钢筋的冲切影响也影响混凝土的浇筑,在实际工程中必须保证节点主要通过在四壁设垂直拉筋来抵抗,节点如图4所的施工质量。由于节点的焊缝较多,脆性增加,从而示。此种节点具有弯矩传递过程较明确的优点,其影响了结构塑性的进一步发展。联结面的破坏形式随着肋钢筋沿联结面高度位置的[

7、5-7](3)贯穿加强板式节点不同而不同,合理的肋钢筋布置方式使其具有足够加强板贯穿钢管壁,与钢梁翼缘焊接;钢梁腹板的抗剪承载力。与钢管壁同样通过焊接于柱子上的钢板用高强螺栓连接,节点如图3所示。图3贯穿加强板式节点与内加强板相比,它避免了钢管壁两侧同时施图4外置式环梁节点焊而产生的焊接残余应力。但这种节点需要将钢管这种节点减少了焊接工作量,特别是现场焊接在节点处断开,与以上两种节点相比构造较复杂。的数量,且钢筋完全不穿越钢管,施工简单;梁、节点在以上三种节点基础上,学者们还提出了多种混凝土整浇,有利于剪力和弯矩的传递,且与钢筋混新型节点,比如外肋环板节点

8、。它是在外加强板节凝土楼面连接方便。点基础上,将其另外两侧的水平外