通过分析和实验改进新型钢管混凝土柱节点

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 通过分析和实验改进新型钢管混凝 土柱节点 摘要:分别采用基于国家规范解析 方法的公式和基于有限单元法的 ANSYS 软件对节点进行分析，比较其 分析结果；并与试验结果进行对比，分 析节点的传力机理，了解节点的工作性 能。结合钢管混凝土节点的不足之处和 具体工程的实际需要，结合实际工程作 出改进。 中国论文网 /2/view-12869728.htm 关键词: 钢管混凝土；柱-梁节点； 实验研究；有限元分析 Abstract: based on the national standard respectively by means of analysis -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 method of the formula and based on finite element method of ANSYS software analysis of nodes, compare the analysis results; And with the experimental results were compared, the force transmission mechanism of the node analysis, understand the performance of nodes. Combined with concrete filled steel tube node deficiency and concrete of the practical needs, and combining with actual engineering make improvement. Keywords: steel tube concrete; Column-beam node; Experimental research; Finite element analysis 中图分类号：TU37 文献标识码： A 文章编号： 1.钢管混凝土柱-梁节点 1.1 加强环式节点 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 加强环式节点是钢管混凝土结 构设计与施工规程 （CECS159:2004 ） 所推荐的节点形式之一，是至今为止研 究最成熟、应用较多的一种节点，其传 力路径简洁明确、节点刚度大、承载力 高，其力学性能优越，且用于钢梁与钢 管混凝土柱的连接接头中施工方便，是 一种综合性能较好的节点。 1.2 结合上述钢管混凝土节点的 不足之处和具体工程的实际需要，结合 实际工程提出了一种新型钢管混凝土不 穿心节点。 图 1-1 新型钢管混凝土不穿心节 点 本节点结构包括钢管混凝土柱， 钢牛腿、竖向与水平钢环板和楼盖 梁其特点是节点区钢管混凝土柱完整， 不穿心，在节点区钢管外壁上焊接槽钢 牛腿以与钢筋混凝土扁梁连接；槽钢牛 腿上下翼板附近沿钢管壁周边设置水平 钢环板及竖向钢环板，楼盖梁纵筋伸至 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 钢管壁，箍筋与梁混凝土包裹钢牛腿;节 点区设置与钢管混凝土柱同心的钢筋笼， 并浇筑混凝土，以加强节点区的整体强 度和刚度。 2 有限元分析 2.1 为了进一步了解该新型节点 的传力机理和工作性能，分别采用基于 现行国家规范解析方法的公式和基于有 限单元法的 ANSYS 软件对节点进行分 析，比较其分析结果；并与试验结果进 行对比，以评介节点的工作性能。 采用 ANSYS 软件计算时，对原 型节点采用如下计算模型进行分析： （1）节点钢结构模型；（2）将钢材、 混凝土看成拉、压性能完全相同的完整 节点模型；（3）全面考虑各种材料本 构关系的完整节点模型。 节点钢结构模型主要考察节点钢 结构在整个节点工作中担当的角色及其 工作机理；将钢材、混凝土看成拉、压 性能完全相同的完整节点模型（弹性结 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 构）主要对比试验结果与理论分析结果； 全面考虑各种材料本构关系的完整节点 模型主要计算节点的开裂荷载和屈服荷 载。其中，进行弹性结构荷载效应分析 时，采用两种工况： 工况 I： 高梁荷载 700kN700kN480kN，矮梁荷载 480kN 工况 II：高梁荷载 800kN800kN640kN，矮梁荷载 640kN 考虑混凝土影响的节点模型中， 为了模拟 RC 梁根部钢筋未与钢管壁焊 接且不影响整体节点中混凝土与钢结构 的粘结，有限元模型中将 RC 梁混凝土 与钢结构完全粘结，仅将 RC 梁根部小 部分混凝土用刚度极小的过渡单元模拟。 四牛腿节点（考虑混凝土及配筋 影响）有限元模型采用对称处理，建立 1/4 模型。模型为整体式，将 RC 梁和 RC 水平环板中主筋弥散于混凝土结构 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 中，忽略箍筋影响；将混凝土看成拉压 性能相同的弹性单元。单元类型采用 solid95， 。图 2-1 为计算结果。 图 2-1 工况 I 四牛腿钢结构计算 结果应力云图（第一主应力和位移） 表 2-1 矮牛腿梁加载位置（等效） 位移值（mm） 从表 2-1 可得到关于加载点位移 的如下结论： （1）工况 I 时不考虑混凝土影 响的钢结构加载点等效位移值的有限元 理论分析结果与试验实测值相当接近， 两者差值在 10以内，说明钢结构在节 点牛腿梁的变形中承担了主要的角色。 （2）将混凝土、钢筋看成拉压 性能相同的材料，在工况 I 时，四牛腿 节点有限元理论分析结果与试验实测值 极为接近，差值在 5以内。 表 2-2 节点各部位在荷载工况 I -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 作用下最大应力分析（MPa） 部 位 名 称 工况 I 详细位置说 明 四牛腿节点 3.有限元结果和试验结果对比与 结论 综合基于规范公式和 ANSYS 软 件的理论分析结果和试验结果，可得到 下面结论： （1）节点钢结构的抗剪不控制 设计，与试验结果相符；将试验结果推 算成原型梁根部弯矩值，以试验屈服荷 载计算，均远高于设计值，为 1.52.7 倍。 （2）根据试验结果推算的原型 高梁极限荷载与理论分析极限值基本接 近；分析结果与试验实测值接近，差值 为 510。 （3）在屈服荷载作用下，用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 ANSYS 分析不考虑混凝土影响的节点 模型理论结果与试验结果较吻合，说明 钢结构在节点牛腿梁的弹性变形中承担 了主要的角色，亦说明 ANSYS 分析结 果当结构在弹性范围内工作时是可靠的。 （4）基于 ANSYS 分析的节点典 型部位应力分布特征与试验结果基本吻 合，说明测试结果可靠，亦进一步说明 用 ANSYS 分析节点的传力机理是可靠 的。 4.对节点设计的改进建议 基于试验结果与理论分析结果， 结合工程实际情况，对钢管混凝土柱 梁节点有如下改进建议。 1）由于在钢牛腿上翼缘、下翼 缘及二者之间增加了加劲板，加强了钢 牛腿与钢管的连接面，增强梁柱连接， 牛腿刚度大大增加，其抗弯、抗剪能力 提高，从而使结构可以根据空间要求将 楼盖梁做成扁梁成为可能。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 （2）由于水平环板和竖向环板 二者的纵向截面均呈“L”形，形成“L”形 钢环梁箍，节点区水平环尺寸不需太大， 本节点水平环板设置不受限制，楼盖框 架梁可灵活布置，适合于各向不等高的 框架梁布置。 （3）本节点施工方便，施工时， 钢牛腿与钢管柱可分开吊装，在工厂内 在钢管柱上安装好水平环板与竖向环板