梁腹板开圆孔节点的组合效应影响研究.pdf

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1、第25卷第3期华中科技大学学报(城市科学版)Vo1．25NO．32008年9月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2008梁腹板开圆孑L节点的组合效应影响研究杨娜，郭婷(北京交通大学上木建筑工程学院，北京100044)摘要：考虑混凝土楼板后，利用ANSYS分析了梁腹板开圆孔梁柱节点的应力应变分布，节点塑性区的分布及发展过程；比较了在考虑楼板及不考虑楼板情况下，节点受力性能的区别；研究了腹板削弱半径和离柱表距离两参数对节点的影响。分析结果表明，在研究腹板开圆孑L梁柱

2、节点抗震性能时，应考虑混凝土板的组合效应。关键词：钢框架；抗震性能；组合效应；腹板开圆孔节点中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：1672—7037(2008)03—0069—05自上世纪60年，抗弯钢框架(简称钢框架)焊接H型截面；梁截面尺寸为400x200x8x12因具有较好延性，在地震危险性较高地区的建筑(mm)，柱截面尺寸为450x300x12x16(mm)；根据中得到广泛采用IJ卫J。然而，1994年美国加州的楼板有效宽度的概念隅】，梁上楼板宽度取1400Northridge地

3、震及1995年日本的Kobe地震使这Ftlln，厚度取100mill。一观念受到了挑战。这些震害调查表明，相当多基于ANSYS平台，钢梁及柱采用Solid45的钢框架结构的梁柱节点发生了脆性破坏，“强节单元模拟，混凝土楼板采用Solid65单元中的整点弱构件”的抗震设计思想并未得到体现。寻找更体式钢筋模型建模，混凝土楼板与钢梁的接触界为合理的新型梁柱节点形式以使节点具备良好的面上进行粘结处理。模型中所使用材料的特性值延性成为钢框架梁柱节点抗震性能研究的主要方见表1。钢材采用Q235，应力一应变曲

4、线见图1J，向之一。削弱型节点是改善梁柱连接节点抗震性各关键点的应力应变数据如表2；混凝土楼板的能的主要措施之一，其设计思想为：局部削弱节混凝土等级为C30，应力一应变曲线见图2，各关点附近的梁截面，形成人为薄弱环节，使之较梁键点的应力应变数据如表3所示。的其它部分及节点会更早进入塑性。梁腹板开圆表1材料特性值孔削弱型节点兼具迫使塑性铰远离节点区与增加建筑功能(穿越管线，节约净空)双重优点。美国的FEMA350报告中首次提出了梁腹板开圆孔削弱型节点J，文献[5】给出了该节点的性能指标，文献【6】

5、依据文献[5】的概念并结合我国钢结构规范明确了该类节点的设计原则，文献[7】则完成了该节点的拟静力实验以及包含该类节点的钢框架的拟动力实验。但上述工作均未谈及混凝土楼板对节点区域产生的组合效应。因此，本文采用非线性有限元法着重讨论混凝土楼板的组合效应对腹板开圆孔节点抗震性能的影响。图1Q235钢一￡曲线图2混凝土一曲线表2Q235钢关键点的应力应变1分析模型节点分析模型的基本尺寸如下：梁柱均采用收稿日期：2008—03—05作者简介：杨娜(1974)，女(满族)，辽宁大连人，副教授，博士，研究方

6、向为钢结构稳定及抗震，nyang@bjtu．edu．ca。基金项目：咏f1然科学基金(50778019)；北京交通大学校基金(2005SM038)。·70·华中科技大学学报(城市科学版)2008年表3混凝土关键点的应力应变剪力，剪应力对称分布。从图6～8中路径1与路径2上的剪应力分布可以看出，组合节点上下翼缘同样对剪力有部分贡献，但剪应力呈不对称分布；随加载位移的增加，上下翼缘承担的剪应力钢材与混凝土都采用VonMises屈服准则及都表现为先增加后减小，同时下翼缘主要区域(靠多线性随动强化准则；

7、钢筋采用理想弹塑性模型近腹板处翼缘)的剪应力小于上翼缘，且差值也和双线性随动强化准则。纯T型梁柱连接节点试随位移增加而增大；由路径2与路径3上的剪应件与包含混凝土楼板的T型梁柱连接节点试件的力分布可以看出，自位移加载开始的一段时间内，有限元模型及网格划分见图3和图4，为适应应非削弱截面下翼缘上的剪应力很小，而当位移达力分布和应力集中的差异，在不同区段采用不同到50nllll时，其剪应力分布与削弱截面下翼缘上的网格密度。采用位移加载方式，由梁的悬臂端的剪应力分布接近。图9和图10分别是无楼板节施加

8、100mm的竖向位移，共分两个荷载步：第点与组合节点路径1，2上对应的剪应力分布，由一个荷载步从0加至30mm，分10个子步；第二图可以看出无楼板节点翼缘承担的剪力比组合节个荷载步从30mm加至100mm，分14个子步。点翼缘承担的剪力大得多。S／mirlSmrn图3纯节点有限元模型图4考虑组合效应的节点有限元模型图9路径1上剪应力图10路径2上剪应力分布(D=50mm)分布(D=50mm)2组合效应对节点性能的影响2．1．2腹板剪应力分布2．1腹板开孔区域梁上截面的剪应力分布2．1．1翼缘剪应