方钢管混凝土节点核心区剪切试验及其数值模拟.pdf

建筑结捡堂担! 坚望坐堂旦迎堕i 竖曼! 型! ! 坠! 箜要墨差盘二竺翌盘i ! _ 墨 文章编号：1 0 0 0 6 8 6 9 ( 2 0 1 7 ) 0 5 0 0 6 1 0 8 D O I ：1 0 1 4 0 0 6 j j z j g x b 2 0 1 7 0 5 0 0 8 方钢管混凝土节点核心区剪切试验及其数值模拟 程 曦1 ，聂鑫1 ，樊健生2 ( 1 清华大学土木工程系，北京1 0 0 0 8 4 ；2 清华大学北京市钢与混凝土组合结构工程技术研究中心，北京1 0 0 0 8 4 ) 摘要：为研究方钢管混凝土节点核心区的受力性能，在分析梁柱节点核心区受力特征的基础上，设计了方钢管混凝土节点 核心区的直接剪切试验。试验装置简单，能够确保核心区发生剪切破坏，有效反映其受力特征。通过改变钢材及混凝土的 强度、节点几何形状及加载方向等参数，完成了1 3 个方钢管混凝土节点核心区试件的单调和往复剪切加载试验，得到了节 点剪切破坏特征、荷载一位移曲线等结果，分析了相关参数的影响。在试验结果的基础上，利用理想弹塑性模型模拟钢材，并 利用修正了剪力传递系数的固定角弥散裂缝模型模拟混凝土，提出了适用于一般节点核心区分析的高效精细有限元数值 模拟方法。模拟结果与试验结果吻合良好，可为复杂组合结构的非线性分析提供参考。 关键词：方钢管混凝土；节点核心区；剪切试验；精细有限元模型 中图分类号：T U 3 9 8 9 0 3 T U 3 1 7 1T U 3 1 1 4 1 文献标志码：A S h e a rt e s t sa n df i n i t ee l e m e n ts i m u l a t i o nf o rp a n e lz o n e b e h a v i o ro fs q u a r ec o n c r e t e f i l l e dt u b e s C H E N GX i l ，N I EX i n l ，F A NJ i a n s h e n 9 2 ( 1 D e p a r t m e n to fC i v i lE n g i n e e r i n g ，T s i n g h u aU n i v e r s i t y ，B e i j i n g1 0 0 0 8 4 ，C h i n a ； 2 B e i j i n gE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro fS t e e la n dC o n c r e t eC o m p o s i t eS t r u c t u r e s ， T s i n g h u aU n i v e r s i t y ，B e i j i n g1 0 0 0 8 4 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：I no r d e rt oa n a l y z ep a n e lz o n eb e h a v i o ro fs q u a r ec o n c r e t e f i l l e dt u b e s ，d i r e c ts h e a rt e s t sf o rp a n e lz o n ew e r e d e s i g n e db a s e do na n a l y s i sr e s u l t so fa c t u a lb e a m c o l u m nc o n n e c t i o n s T h i ss i m p l et e s tm e t h o dw o u l dl e a dt oc l e a r p a n e lz o n ef a i l u r ea n d r e f l e c ti t sm a i nm e c h a n i c a lf e a t u r e s B y c h a n g i n gp a r a m e t e r s o fl o a d i n gp a t h s ，m a t e r i a l p r o p e r t i e s ，p a n e lz o n es h a p e sa n dl o a d i n gd i r e c t i o n s ，13s p e c i m e n sw e r ef a b r i c a t e da n dt e s t e dw i t hf a i l u r em o d e sa n d l o a d d i s p l a c e m e n tc u r v e sa c q u i r e d T h ei n f l u e n c e so fd i f f e r e n tp a r a m e t e r sw e r ei n v e s t i g a t e d Af i n ef i n i t ee l e m e n t m o d e lw i t he x p a n s i b i l i t yw a sp r o p o s e db a s e do nt h et e s tr e s u h s I d e a le l a s t o p l a s t i cm o d e lw a sa d o p t e dt os i m u l a t e s t e e lb e h a v i o r T h ef i x e da n g l es m e a r e dc r a c km o d e lw i t hm o d i f i e ds h e a rr e t e n t i o nf a c t o rw a sa d o p t e dt os i m u l a t ei n f i l l i n gc o n c r e t eb e h a v i o r C a l c u l a t i o ns h o w e dag o o dc o n s i s t e n c yw i t ht e s tr e s u l t sa n dc o u l db ea p p l i e di nn o n 1 i n e a r a n a l y s i so fj o i n t si nc o m p l e xc o m p o s i t es t r u c t u r e s K e y w o r d s ：s q u a r ec o n c r e t e f i l l e dt u b e ；p a n e lz o n e ；s h e a rt e s t ；f i n ef i n i t ee l e m e n tm o d e l 基金项目：国家自然科学基金项目( 5 1 2 2 2 8 1 0 ) 。 作者简介：程曦( 1 9 8 9 一) ，男，浙江衢州人，博士研究生。E - m a i l ：c h e n g x 0 7 m a i l s t s i n g h u a e d u a n 通信作者：樊健生( 1 9 7 5 ) ，男，山东东营人，工学博士，教授。E - m a i l ：f a n j s h t s i n g h u ae d u c n 收稿日期：2 0 1 6 年4 月 6 1 万方数据 0引言 钢一混凝土组合框架结构能够充分发挥钢材和混 凝土材料各自的性能优势，近年来得到了广泛应用， 目前已成为我国高层建筑最具竞争力的结构形式之 一一。设计要求其能够满足“强节点、弱构件”要求 下尽量简化构造。对于典型的刚性梁柱十字节点， 其变形由三部分组成，即梁变形、柱变形及节点核心 区变形。对于各种类型的梁和柱构件，较容易通过 梁或柱独立的弯曲试验进行分析。但对于节点核心 区，尚未有成熟的独立构件试验方法，已有研究如苗 纪奎等、N i s h i y a m a 等3 | 、聂建国等H “、P a r k 等多 采用在梁端和柱端加载的十字节点试验( 图1a ) 方式 进行。其中，多数试验研究并未对节点核心区弱化 处理，导致加载过程中会发生节点核心区破坏、梁端 破坏、柱端破坏以及混合破坏等多种模式，难以有效 分析节点核心区的受力过程。 在试验研究的基础上，一些学者针对方钢管混 凝土梁柱节点开展了有限元分析一，研究中大多采 用壳一实体精细有限元模型，试图能够详细了解节点 内部的应力分布等状况。但是，此类数值模型所使 用的材料模型往往较为复杂，且所使用的参数也各 不相同，导致计算结果的有效性受到很大影响。 针对上述问题，本文中对方钢管混凝土节点核 心区进行试验研究和数值模拟，设计一组节点核心 区直接剪切试验，研究混凝土强度、钢管壁强度、节 点形状、加载角度等参数对节点受剪承载力和延性 等的影响。通过建立方钢管混凝土节点核心区的精 细有限元模型，结合试验结果，提出节点核心区有限 元模型参数取值的建议方法，并验证其准确性。 1试验概况 1 1 试验设计原理 为了对钢管混凝土节点核心区的性能进行独立 研究，T a k e m u r a 等【”1 开展了钢管混凝土试件的剪切 试验，试件为钢管混凝土柱，通过分配梁向钢管混凝 土柱节点核心区施加剪力，见图l b 。T a k e m u r a 认为， 试验所得到的承载力近似等于节点核心区的受剪承 载力。这批试验也为日本钢管混凝土设计指南提供 了基础数据“。该试验的显著特征是直接对节点核 心区施加剪力，代替了在梁端施加荷载，避免了梁端 对节点核心区产生的影响，可为试验设计提供借鉴。 在T a k e m u r a 试验中，钢管混凝土柱部分并非研 究重点，而仅用于提供边界条件。在此可对其进一 步简化，将节点核心区从梁柱节点构造中完全分离， 6 2 设计出图1 e 所示的节点核心区直剪试验。该方法能 够对节点核心区的受力过程进行准确测试，从而用 于标定数值模型，为在结构体系层面研究节点核心 区非线性行为的影响提供条件。 丁 I D 1 卜j L 一 ( a ) 十字节点试验 P 卜一 ( b ) 钢管浞凝十梓剪切试验 试件 ( c ) 直勇试验 图1 主要节点试验方案 F i g 1M a j o rj o i n ts h e a rt e s tm e t h o d s 梁 件 抗震结构中，一般需限制框架柱的轴压比。L i u 等2 1 对已有的钢管混凝土柱的归纳研究表明，轴压 比对钢管混凝土节点核心区的承载力等影响较小， 故仅对节点核心区直接施加剪力。对于无轴压力作 用的梁柱十字节点，在梁端荷载作用下，节点核心区 受力特征见图2 a ，其中，帆及收代表柱端弯矩， 及比代表柱端剪力；M 。及J ) I 代表梁端弯矩，K 。 及代表梁端剪力。若节点两侧梁柱几何对称，且 梁端荷载对称加载，则有 f K = K - 2 ( 1 ) 【K = v o 。= K ：= K k 。 从而有 M “= M n = M 啦= K ( 2 “一d ) 2( 2 ) 【M 。= M 。= M 。= K ( f 。一h ) 2 式中，2 。为梁总长度，f 。为柱总长度，d 和 分别为节 点核心区的总宽度和总高度。 梁端弯矩可以等效为一对节点核心区水平剪力 ，柱端弯矩可以等效为一对竖直剪力K ，则有口叫 r2 M l K = K ( 等一) 卜2 M i d rK = K ( 字一每) 式中，h 。及d 。分别为上下隔板中心及左右翼缘中心 间距。 对比水平剪力K 。与K ，的表达式，有 K h h 。兰K 。d 。 ( 4 ) 万方数据 式中，h 。代表节点核心区内填混凝土净高，d 。代表内 填混凝土净宽。式( 4 ) 满足节点核心区平衡条件的 要求。 对于直剪试验，受力特征见图2 b 。其中，K 。为 拐臂加载梁施加的一对水平剪力，与核心区水平剪 力圪。相互平衡。M 。及帆则是水平剪力对上下隔板 处取力矩得到的一对弯矩作用，由于水平剪力加载 位置为构件高度中心，因此有 M 。= M 。= h 。2 ( 5 ) 将M 及M 。同样可以等效为一对竖向剪力作用， 并与节点核心区竖向剪力相互平衡，即有 ，= k = 2 M 。d 。= h 。d 。 ( 6 ) 。h 。兰K ，d 。 h j i 一 ( a ) 十字节点核心区受力状态分析 M k 门 J 以 。 1 l 节点核心区区 1 1 二；二二二习 薹j 扳 帆4 ( b ) 直剪试验节点核心区受力状态分析 图2 十字节点与直剪试验节点核心区受力状态对比 F i g 2 S t r e s ss t a t ec o m p a r i s o nb e t w e e ni n t e r n a lj o i n t t e s ta n dd i r e c ts h e a rt e s t 对比式( 3 ) 、( 4 ) 十字节点的受力边界条件可以 发现，核心区的最终受力状态均可以等效为两对相 互垂直的节点核心区剪力作用，且满足由对应几何 尺寸确定的数蕈关系。可见，实际梁柱节点核心区 的受力状态与直剪试验中的受力状态非常相似。 对于位移边界，直剪试验与T a k a m u r a 试验相同， 忽略了实际节点中梁端对核心区的约束作用，将导 致核心区受剪承载力略低于十字节点试验，但足并 不影响核心区混凝土材料的受力特征。因此总体 上，直剪试验能够充分反映十字节点试验中节点核 心区主要的剪切受力行为，其结果可用于标定以剪 切受力为主的数值模型。 以核心区混凝土强度、钢材厚度、几何形状、加 载方式为试验参数，进行节点核心区试件直剪试验， 分析不同参数对节点核心区受力性能的影响。 1 2 试件设计 根据试验条件，试验中设计的节点核心区模型， 其内填混凝土截面尺寸均为2 0 0m mx2 0 0m m ，高度 为2 0 0 1 l n l 。为研究材料性能、几何尺寸、加载方式等 参数的影响，设计并制作了1 3 个核心区试件，参数见 表1 。基本试件P Z H l 、P Z H - 2 的主要参数见图3 ，其 中，腹板指平行于加载方向的钢管板件，翼缘指垂直 于加载方向的钢板。 剪力加载方向 N 加载顶# 钢莺柱是 J B ( 内隔扳、 ，= 乇t o n i 、 _ 1 A 血j 载底板A r ( 内隔板) n 器 1 5 01 5 0 一 I ( a ) 试件主视图 + 亘Q Q 叫 阻旦芦0 唑乌箜削 Oo 一铊螺栓孔OO oo Oo oo 万 ( b ) A - A 剖面( c ) B - B 剖面 图3 基本试件P Z H 一1 、P Z H - 2 几何尺寸及构造 F i g 3 D e s i g no fb a s i cs p e c i m e n s P Z M 、P Z C 、P Z S S 组试件的构造与P Z H 组的相 同，分别改变加载方式、混凝土强度等级和钢材强 度。P Z S T 组试件钢管壁厚不同，试件P Z S T 一1 钢管壁 厚度为4m m ，试件P Z S T - 2 钢管壁厚度为8n l n l 。P Z S 组试件节点核心区的外形不同，试件P Z S 1 将核心区 6 3 昙 附 l 万方数据 表1 节点核心区试件参数变化 T a b l e1P a r a m e t e r sf o rp a n e lz o n es p e c i m e n s 一P Z S T 1 2 0 0 2 0 02 0 0 4 往复钢管壁厚4 m m 咫5 T P z S T - 22 0 02 0 02 0 08 茬三葫番矗毒8l I L I nP z S T 往复钢管壁厚 注：t 为钢管壁厚。 高度( Y 方向) 增加至3 0 0m m ，试件P Z S - 2 将核心区 宽度( z 方向) 减少至1 0 0m m 。P Z D 组试件节点核心 区的受力方向不同，试件P Z D 一1 绕Y 轴旋转4 5o ，试件 P Z D - 2 绕y 轴旋转2 2 5 。 各试件的材料性能测试结果见表2 及表3 。试 件P Z M - l 及试件P Z H 1 为第一批试件，其他试件为 第二批试件。由于制作批次不同，两批试件在材料 性能上略有差异。 表2 钢材材性试验结果 T a b l e2M a t e r i a lp r o p e r t i e so fs t e e lp l a t e s 堂达! ! ! 竺塑鏖簦塑五! 竺垒厶! 竺! !型些堕堡 第一批 6 Q 2 3 5 2 6 1 23 7 6 7 P Z H - I ，P Z M - 1 注：t 为钢板厚度；，、为屈服强度；，u 为抗拉强度。 表3 混凝土材性试验结果 T a b l e3M a t e r i a lp r o p e r t i e so fc o n c r e t e s 批次强度等级试块数量厶M F a 工M P a 对应试件 第一批 C 5 03 4 7 8 3 6 3P Z H 一1 ，P Z M - 1 C 3 0 3 3 0 22 30 P Z C l 第二批 C 5 095 4 04 1 0 其他试件 C 7 037 2 55 5 1P Z C - 2 注：工。为混凝土立方体抗压强度；工为棱柱体抗压强度，由正= 0 7 包氏换算得到。 1 3 加载方案及量测 试验中主要测量了试件顶板与底板的相对侧移 ( 图4 ) ，并将其用于控制加载。 采用拐臂梁对试件进行加载，由于拐臂梁整体 刚度较大，能够保证在试验加载过程中自身变形可以 忽略。试件通过高强螺栓与拐臂粱及底座连接。加 顶板 底板 Y 卜 侧移f 磁座 d 导杆引伸使、 厂 图4 位移量测 F i g 4D i s p l a c e m e n tm e a s u r e m e n td i a g r a m 载装置示意图见图1 c 。 采用荷载、变形双控制的加载制度，即加载初期 采用力控制加载，每级荷载循环1 次，直至荷载一位移 ( 剪力一剪切) 变形曲线出现拐点；此后采用试件顶 板、底板的相对位移控制加载，位移增量为1 2m m ， 每级位移循环2 次。 2 试验结果及其分析 2 1 主要试验现象 试验过程中，随着加载幅值的逐步增加，各试件 在水平力作用下逐渐发生破坏。对于试件P Z H - 1 、 P Z S T 一1 ，由于钢材强度较低或厚度较小，最终发生剪 切作用下的腹板屈曲破坏。对于试件P Z S - 2 ，由于核 心区截面高度较高，翼缘与底板间的焊缝承担较大 弯矩，最终发生翼缘与底板间焊缝撕裂；而对于试件 P Z S T - 2 ，由于腹板厚度较大，受剪承载力较高，从而产 生了较大弯矩，导致翼缘与底板间焊缝撕裂。其他 试件，核心区内部混凝土产生的斜向压杆的水平分 力作用在翼缘上，使翼缘承受较大的平面外水平力， 最终导致翼缘与腹板间的焊缝撕裂。综上，各试件 主要表现出二种破坏形态：腹板屈曲、翼缘与底板问 焊缝撕裂、腹板与翼缘间焊缝撕裂。试件的典型破 坏形态见图5 。 2 2 剪力- 侧移曲线 试验中测得的荷载一侧移曲线能够反映试件的总 体受力性能，同时也是有限元模型标定的主要依据。 同时，核心区剪力一侧移曲线综合反映了核心区在水 平力作用下的变形情况，也是试验中位移控制加载 的参照值，见图6 。 2 3 承载力特征 根据图6 所示的剪力一侧移曲线，可得到相应的 骨架曲线，并根据图解法得到试件的屈服荷载P 。和 极限荷载( 最大荷载) P 。以及对应的屈服位移， 和极限位移。各试件的屈服及极限荷载见表4 ， 其中，将加载方向变化的P Z D 组试件屈服荷载和极 限荷载折减至主轴方向，以增强可比性。 万方数据 12 0 8 0 4 0 - 04 - 08 一l2 h ) 试仆P Z S r 2 舆! ，底扳问焊缝撕裂 图5 试件破坏形态 F i g 5 F a i l u r em o d e so fs p e c i m e n s 严嗽_ _ c 舅r 韵k t ! 满 1 ) 试什P Z S 2 J 1 1 1 1 1 1 g ) 试仆P Z S T J m i l l ( h ) 试制：P Z S T 2 J r a m J l l l M k ) 试什P Z D 1( m ) 试P I ：P Z D 2 图6 试验曲线与有限元计算滞回曲线的对比 F i g 6H y s t e r e t i cl o o p sc o m p a r i s o n sb e t w e e nt e s t sa n dF E A 2 4 受力性能的对比分析 图7 为各组试件的P 骨架曲线，通过对比分 析，研究加载方式、材料性能、几何尺寸及加载方向 等参数对试件受力性能的影响。 由图7 a 可见，加载方式对试件的受力性能影响 较小。由于钢材在反复荷载作用下产生循环强化作 用，且该强化作用比混凝土在反复荷载下产生的损 伤退化更为显著，导致反复加载试件极限荷载较单 调加载试件略大。 由图7 b 7 d 可见，材料性能对试件受力性能的 影响显著。混凝土和钢材强度都对试件受力性能产 生较明显影响。混凝土强度越高、钢板厚度越大，试 件的初始刚度越大、极限荷载越大。钢材强度越高， 试件的屈服荷载和极限荷载都会相应提高，但对初 始刚度的影响不大。 核心区几何尺寸对试件受力性能影响较大( 图 7 e ) ，核心区截面高度较高时，会产生更大的弯曲作 用，从而使节点出现弯- 剪混合破坏，承载能力下 降。当核心区截面宽度变窄时，由于缩小了混凝土 的受剪面，同样会导致试件的整体刚度及极限荷载 下降。 斜向加载对试件的受力性能有一定影响( 图 7 f ) ，在斜向加载( 双向剪切) 作用下，核心区混凝土 开裂模式更为复杂，导致等效到单轴方向的极限荷 载有所下降，降低程度随着加载角度的变化而改变， 当加载角为4 5 。时，降低更为明显。 6 5 万方数据 表4 试件屈服荷载与极限荷载 Table4 Y i e l d i n gl o a dandultimatel o a do fs p e c i m e n s3 精细有限元模拟 l 0 0 0 - 0 1 l 0 0 0 - 0 1 6 6 r a m ( a ) 加载方式 ( c ) 钢材强度 4 , r a m ( e ) 核心区形状 12 0 8 0 4 0 0 4 0 8 12 一l l 0 0 一O - 0 1 l 0 0 0 - 0 1 4 r a m ( b ) 钢板厚度 d m m ( d ) 混凝土强度 ( f ) 力u 载方向 图7 不同参数对试件受力性能的影响 F i g 7 I n f l u e n c et op a n e lz o n es h e a rb e h a v i o r c a u s e db yd i f f e r e n tp a r a m e t e r s 3 1 材料本构及模型建立 材料本构模型对节点核心区的有效模拟至关重 要。在兼顾材料模型简单、参数标定方便的条件下， 经过大量试算，利用M S C M a r c 大型通用有限元软 件，提出适用于节点核心区精细有限元模拟的钢材 及混凝土材料模型。 虽然钢材在反复荷载作用下会产生循环强化效 应，但钢材应变值较大，此时核心区混凝土可能已经 破坏。因此，在核心区达到承载力极限状态时，钢材 强化往往并不明显。试验结果也表明，加载路径对 于试件受力性能影响不大。偏于安全考虑，对钢材 忽略其强化效应，使用理想弹塑性模型。 薄壁方钢管对其内填混凝土的约束效果较差， 并且内填混凝土在剪切状态下侧向膨胀不明显，因 而可不考虑其约束增强效应。同时，由于钢管能够 改善混凝土的峰值荷载后的性能，因此认为核心区 混凝土在达到峰值荷载后其承载力不会迅速下降， 这样处理可避免计算中出现的负刚度问题。选用 R f i s h 提出的曲线，即G B5 0 0 1 0 - - 2 0 1 0 昆凝土结构 设计规范中所建议的混凝土单轴受压应力一应变曲 线建立有限元分析模型，其本构关系为 盯：P 【等一( 寺) J s 。)( 7 ) b( 占引 式中混凝土峰值应变取0 0 0 2 。 核心区混凝土在剪切荷载作用下开裂行为复 杂，裂缝模型对结构计算影响很大。目前，模拟混凝 土开裂的弥散裂缝模型，包括固定裂缝模型、转动裂 缝模型及多裂缝模型。其中，固定裂缝模型允许在 一个混凝土单元之内出现三条相互正交的裂缝，且 裂缝一旦出现，开裂角度不再随荷载的变化而变化。 这种模型假定简化了裂缝行为的数值计算过程，且 能够反映混凝土开裂的主要特征，数值收敛性好，得 到较广泛应用。固定裂缝模型中的剪力传递系数， 用以反映开裂面的剪力传递能力。建议从形式上采 用陶慕轩等4 1 提出的剪力传递系数叼，其表达式为 叼= r o e “ ( 8 ) 式中：占，代表混凝土开裂应变；7 。和B 均为混凝土 材料参数，考虑到对于钢管混凝土节点核心区，混凝 土仅受到周边钢板约束，内部并无钢筋，可认为其在 开裂行为上与素混凝土相近，裂面剪力传递能力较 弱，经过试算，建议取r 。= 0 0 5 、m = 8 0 0 。 建模时采用刚性连接模拟拐臂梁，刚性连接的 约束点为加载受力点，被约束点为顶板与拐臂梁的 万方数据 螺栓连接点。核心区钢板采用具有面外剪力修正的 7 5 号4 节点厚壳单元S h e l l ，钢材厚度取实际材料厚 度，且考虑壳偏移效应； 昆凝土采用7 号8 节点实体 单元S o l i d 。钢材与混凝土对应单元之间共用节点。 根据单元网格尺寸测试结果，典型网格尺寸取为 2 0 姗。在顶、底板相应位置施加了位移约束( 图8 ) 。 图8 直剪试件有限元模型 F i g 8 F i n i t ee l e m e n tm o d e lf o rp a n e lz o n es h e a rt e s t 3 2 有限元模型验证 基于前述材料本构，对各试件建立了有限元模 型，计算得到的剪力一侧移曲线与试验曲线的对比见 图6 。计算得到的骨架曲线与试验骨架曲线对比见 图9 ，二者总体符合较好。 计算承载力与实测屈服、极限荷载的对比结果 见表5 。二者屈服荷载比值的平均值为1 0 0 ，方差为 0 0 0 9 ；极限荷载比值的平均值为1 0 7 ，方差为 0 0 0 3 。对比分析表明，文中所提出的精细有限元模 型方法，能够较为有效地模拟组合节点核心区的受 力性能，可进一步应用于复杂组合结构节点核心区 的模拟分析中。 a ) P Z H 组试件 j m m b ) P Z M 组试件 表5 特征点荷载试验与有限元分析结果的对比 T a b l e5 C o m p a r i s o n sb e t w e e nc a l c u l a t e da n d t e s t e dr e s u l t s 注：P ”P ，分别为屈服荷载的试验和有限元分析结果；P 呲、P 。分 别为极限荷载的试验和有限元分析结果。 c ) P Z C H 试什( d ) 试什P Z S S 1 图9 有限元计算骨架曲线与试验对比 F i g 9C o m p a r i s o no fs k e l e t o nc u r v e sb e t w e e nF E Aa n dt e s tr e s u l t s 6 7 万方数据 4 结论 1 ) 基于节点核心区受力分析，设计了能够反映 核心区主要受力特征的直接剪切试验，具有试验装 置简单、受力模式明确的特点。 2 ) 完成了一组1 3 个节点核心区试件直接剪切 试验，证明了材料性能、节点形状、加载方式等参数 均对节点核心区受力性能产生影响。 3 ) 通过节点核心区剪切试验结果标定，建立了 适用于节点核心区受力行为模拟的精细有限元模 型，利用理想弹塑性模型模拟钢材，利用修正剪力传 递系数的固定角弥散裂缝模型( = 0 0 5 、m = 8 0 0 ) 模拟混凝土，有限元分析结果与试验结果吻合 良好，可推广应用于复杂分析当中，为组合节点或组 合结构体系的抗震性能数值模拟提供重要参考。 参考文献 1 聂建国，陶慕轩，黄远，等钢一混凝土组合结构体 系研究新进展 J 建筑结构学报，2 0 1 0 ，3 1 ( 6 ) ： 7 1 8 0 ( N I EJ i a n g u o ，T A OM u x u a n ，H U A N GY u a n ， e ta 1 R e s e a r c ha d v a n c e so fs t e e l c o n c r e t ec o m p o s i t e s t r u c t u r a ls y s t e m s J J o u r n a lo fB u i l d i n gS t r u c t u r e s ， 2 0 1 0 ，3 1 ( 6 ) ：7 1 8 0 ( i nC h i n e s e ) ) 2 苗纪奎，陈志华，姜忻良方钢管混凝土柱钢梁节 点承载力试验研究 J 建筑结构学报，2 0 0 8 ，2 9 ( 6 ) ：6 3 6 8 ( M I A OJ i k u i ，C H E NZ h i h u a ，J I A N G X i l i a n g E x p e r i m e n t a ls t u d yo nl o a d - b e a r i n gc a p a b i l i t y o fc o n n e c t i o nb e t w e e nc o n c r e t e f i l l e ds q u a r es t e e l t u b u l a rc o l u m na n ds t e e lb e a m J J o u r n a lo fB u i l d i n g S t r u c t u r e s ，2 0 0 8 ，2 9 ( 6 ) ：6 3 6 8 ( i nC h i n e s e ) ) 3 N I S H I Y A M AI ，F U J I M O T OT ，F U K U M O T OT ，e ta 1 I n e l a s t i cf o r c e d e f o r m a t i o nr e s p o n s eo fj o i n ts h e a rp a n e l s i nb e a m c o l u m nm o m e n tc o n n e c t i o n st oc o n c r e t e f i l l e d t u b e s J J o u r n a lo fS t r u c t u r a lE n g i n e e r i n g ，A S C E ， 2 0 0 4 ，1 3 0 ( 2 ) ：2 4 4 - 2 5 2 4 聂建国，秦凯，肖岩方钢管混凝土柱节点的试验 研究及非线性有限元分析 J 工程力学，2 0 0 6 ，2 3 ( 1 1 ) ：9 9 1 0 9 ( N I EJ i a n g u o ，Q I NK a i ，X I A OY a n E x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o na n dn o n l i n e a rf i n i t ed e m e n t a n a l y s i so nt h eb e h a v i o ro fc o n c r e t e - f i l l e ds q u a r es t e e l t u b u l a rc o l u m nc o n n e c t i o n s J E n g i n e e r i n g M e c h a n i c s ，2 0 0 6 ，2 3 ( 1 1 ) ：9 9 1 0 9 ( i nC h i n e s e ) ) 5 聂建国，秦凯，刘嵘方钢管混凝土柱与钢一混凝土 组合梁连接的内隔板式节点的抗震性能试验研究 J 建筑结构学报，2 0 0 6 ，2 7 ( 4 ) ：1 - 9 ( N I E J i a n g u o ，Q I NK a i ，L I UR o n g E x p e r i m e n t a ls t u d yo n s e i s m i cb e h a v i o ro fc o n n e c t i o n sc o m p o s e do fc o n c r e t e f i l l e d s q u a r es t e e lt u b u l a rc o l u m n $ a n ds t e e l c o n c r e t e 6 8 c o m p o s i t eb e a m sw i t hi n t e r i o rd i a p h r a g m s J J o u r n a l o f B u i l d i n gS t r u c t u r e s ，2 0 0 6 ，2 7 ( 4 ) ：1 - 9 ( i n C h i n e s e ) ) 6 P A R KS ，C H O IS ，K I MY ，e ta 1 H y s t e r e s i sb e h a v i o r o fc o n c r e t ef i l l e d s q u a r e s t e e lt u b ec o l u m n - t o - b e a m p a r t i a l l yr e s t r a i n e dc o m p o s i t ec o n n e c t i o n s J J o u r n a l o fC o n s t r u c t i o n a lS t e e lR e s e a r c h ，2 0 1 0 ，6 6 ( 7 ) ：9 4 3 - 9 5 3 7 N I EJ i a n g n o ，Q I NK a i ，C A ICS S e i s m i cb e h a v i o ro f c o n n e c t i o n sc o m p o s e do fC F S S T C sa n ds t e e l c o n c r e t e c o m p o s i t eb e a m s ：f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s J J o u r n a lo f C o n s t r u c t i o n a lS t e e lR e s e a r c h ，2 0 0 8 ，6 4 ( 6 ) ：6 8 0 6 8 8 8 w uL ，C H U N GL ，W A N GM ，e ta 1 N u m e r i c a ls t u d y o ns e i s m i cb e h a v i o ro fH b e a m sw i t h w i n gp l a t e s f o r b o l t e db e a m c o l u m nc o n n e c t i o n s J J o u r n a lo f C o n s t r u c t i o n a lS t e e lR e s e a r c h ，2 0 0 9 ，6 5 ( 1 ) ：9 7 1 1 5 9 I C I N GC ，S H I NK ，O HY ，e ta 1 H y s t e r e s i sb e h a v i o r 0 fC F Tc o l u m nt oH b e a mc o n n e c t i o n sw i t he x t e r n a lT s t i f f e n e r sa n dp e n e t r a t e de l e m e n t s J E n g i n e e r i n g S t r u c t u r e s ，2 0 0 1 ，2 3 ( 9 ) ：1 1 9 4 - 1 2 0 1 1 0 T A K E M U R AH ，O Z A W AJ ，Y A M A G U C H IT S h e a r t e s to fc v rb e a m - t o - - c o l u m nc o n n e c t i o n p a n e l s w i t h h i g h