基于椭球面强度模型的方钢管混凝土柱 - 型钢梁节点力学性能与抗震优化研究

基于椭球面强度模型的方钢管混凝土柱-型钢梁节点力学性能与抗震优化研究一、引言1.1研究背景与意义随着经济社会的不断发展，建筑行业也迎来了前所未有的发展机遇，对建筑结构的要求也日益提高，高效、安全、经济、环保已成为建筑结构设计的重要发展方向。在这样的背景下，混凝土与钢材的组合结构因其独特的优势，在建筑结构中得到了广泛的应用。方钢管混凝土柱-型钢梁节点作为一种常见的组合结构节点形式，在地震等自然灾害条件下，展现出了较好的抗震性能，能够有效保障建筑结构的安全，因此，对该结构的研究具有重要的实用价值和研究意义。方钢管混凝土柱充分发挥了钢管和混凝土两种材料的长处，具有承载力高、塑性和韧性好、施工方便等优点。在轴心受压时，钢管对混凝土的紧箍作用使混凝土处于三向受压状态，延缓了混凝土受压时的纵向开裂，不仅提高了混凝土的抗压强度，还使其由脆性材料转变为塑性材料。同时，内部混凝土的存在提高了钢管的局部稳定性，使钢管的屈服强度得以充分利用。此外，方钢管混凝土柱还具有良好的耐火性能，在火灾情况下，核心混凝土能够吸收大量热能，增加柱子的耐火时间，为人员疏散和消防救援争取更多时间。型钢梁则具有强度高、自重轻、安装方便等特点，能够为建筑结构提供可靠的承载能力，并且便于施工操作，有效缩短施工周期。将方钢管混凝土柱与型钢梁通过节点连接形成的结构体系，综合了两者的优势，在高层建筑、桥梁结构等领域得到了广泛应用。历次震害表明，组合结构体系的破坏往往发生在节点区域。节点作为连接方钢管混凝土柱与型钢梁的关键部位，其性能直接影响着整个结构的强度、刚度、稳定性和抗震性能。如果节点设计不合理，在承受荷载时，节点处容易出现应力集中、变形过大甚至断裂等问题，从而导致整个结构的失效。因此，深入研究方钢管混凝土柱-型钢梁节点的性能，对于提高建筑结构的安全性和可靠性具有至关重要的意义。目前，虽然在方钢管混凝土柱-型钢梁节点的研究方面已经取得了一定的成果，但仍然存在一些不足之处。在节点设计方面，现有的设计方法主要依靠经验进行截面和配筋设计，缺乏一套完整的计算理论和设计方法。这使得节点设计存在一定的盲目性，难以充分发挥节点的性能，也无法满足日益复杂的建筑结构需求。而且不同节点形式在受力性能、施工难度、经济性等方面存在差异，如何选择最优的节点形式，以及如何对节点进行优化设计，仍然是需要进一步研究的问题。椭球面强度模型在材料强度分析和结构性能研究中具有独特的优势。该模型能够更准确地描述材料在复杂应力状态下的屈服和破坏行为，考虑了静水应力等因素对材料强度的影响，相比传统的强度模型，能更真实地反映材料的力学性能。将椭球面强度模型应用于方钢管混凝土柱-型钢梁节点的研究，可以从全新的角度分析节点的受力性能和破坏机理，为节点的设计和优化提供更科学的依据。基于椭球面强度模型研究方钢管混凝土柱-型钢梁节点，有助于深入揭示节点在复杂受力状态下的力学行为，明确节点的破坏模式和影响因素，从而建立更加完善的节点设计理论和方法。这不仅能够提高节点的设计水平，优化节点的性能，增强建筑结构的抗震能力，保障人民生命财产安全，还可以在一定程度上节约材料成本，提高建筑结构的经济性和环保性，推动建筑行业的可持续发展。因此，开展基于椭球面强度模型的方钢管混凝土柱-型钢梁节点研究具有重要的理论意义和工程应用价值。1.2国内外研究现状1.2.1方钢管混凝土柱-型钢梁节点形式研究方钢管混凝土柱与型钢梁节点形式丰富多样。在国外，日本学者对节点的连接构造进行了大量研究，提出了多种节点形式，如通过改进节点板的形状和尺寸，提高节点的传力效率和抗震性能。美国在高层建筑结构中，常采用栓焊混合连接的节点形式，这种连接方式结合了焊接和螺栓连接的优点，既能保证节点的强度，又便于施工。欧洲则注重节点的标准化设计，通过制定相关规范，推广使用一些成熟的节点形式，以提高节点的质量和可靠性。国内学者也对节点形式展开了深入研究。同济大学的研究团队提出了外伸内隔板式连接节点，该节点通过在矩形钢管内设隔板并贯通钢管壁，与钢梁腹板采用高强度螺栓摩擦型连接，钢梁翼缘与外伸的内隔板焊接，有效提高了节点的抗弯和抗剪能力。天津大学的学者提出了外肋环板节点，通过对这种形式的字型足尺试件进行低周反复循环加载试验，验证了其具有较好的延性、较强的塑性变形能力和能量耗散能力。还有学者提出了带短梁内隔板式连接节点，矩形钢管内设计隔板，柱外预焊短钢梁，钢梁翼缘与柱边预设短钢梁的翼缘焊接，钢梁腹板与短钢梁腹板用双夹板高强度螺栓摩擦型连接，这种节点形式在实际工程中也得到了一定应用。1.2.2方钢管混凝土柱-型钢梁节点设计方法研究在设计方法方面，国外已经形成了一些较为成熟的规范和标准。美国钢结构协会（AISC）制定的规范中，对节点的设计进行了详细规定，包括节点的强度计算、变形控制等方面。欧洲规范（EC3）也对组合结构梁柱节点的设计给出了明确的指导，强调了节点的刚度分类和设计要求。国内目前还没有一套完整的针对方钢管混凝土柱-型钢梁节点的设计规范。现行的设计方法主要依据一些行业标准和工程经验，如《矩形钢管混凝土结构技术规程》中对带内隔板形式的矩形钢管混凝土柱与钢梁的刚性焊接节点的强度验算进行了规定，但对于其他节点形式和复杂受力情况的设计方法还不够完善。在实际工程设计中，往往需要通过试验研究和有限元分析等手段，对节点的性能进行验证和优化，以确保节点的安全性和可靠性。1.2.3方钢管混凝土柱-型钢梁节点抗震性能研究在抗震性能研究方面，国内外学者都进行了大量的试验研究和数值模拟分析。日本学者通过对不同节点形式进行低周反复加载试验，研究了节点在地震作用下的破坏模式、滞回性能和耗能能力。国内学者也开展了许多相关研究，通过试验和数值模拟相结合的方法，分析了轴压比、钢材强度、混凝土强度等级等因素对节点抗震性能的影响。有研究表明，轴压比越大，节点的抗弯承载力越大，但过高的轴压比会对结构的延性产生不利影响。还有研究发现，增加节点域的约束刚度，可以提高节点的抗震性能。1.2.4椭球面强度模型在相关领域的应用研究椭球面强度模型在材料强度分析和结构性能研究中逐渐得到应用。在金属材料的塑性变形研究中，椭球面强度模型能够更准确地描述材料在复杂应力状态下的屈服行为，考虑了静水应力等因素对材料强度的影响，相比传统的强度模型，能更真实地反映材料的力学性能。在混凝土结构的非线性分析中，椭球面强度模型也被用于模拟混凝土在多轴应力状态下的破坏准则，为混凝土结构的设计和分析提供了更科学的依据。然而，将椭球面强度模型应用于方钢管混凝土柱-型钢梁节点的研究还相对较少，相关的研究成果和应用案例还不够丰富。尽管国内外在方钢管混凝土柱-型钢梁节点的研究方面取得了一定的成果，但仍然存在一些不足之处。不同节点形式在受力性能、施工难度、经济性等方面存在差异，如何选择最优的节点形式，以及如何对节点进行优化设计，仍然是需要进一步研究的问题。目前的设计方法主要依靠经验和现有规范，缺乏一套完整的计算理论和设计方法，难以满足日益复杂的建筑结构需求。而且在节点抗震性能研究中，虽然已经明确了一些影响因素，但对于节点在复杂地震作用下的力学行为和破坏机理的认识还不够深入。将椭球面强度模型应用于方钢管混凝土柱-型钢梁节点的研究还处于起步阶段，需要进一步深入探讨该模型在节点分析中的适用性和有效性，以及如何将其与传统的研究方法相结合，为节点的设计和优化提供更有力的支持。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容基于椭球面强度模型的节点受力性能分析：深入研究方钢管混凝土柱-型钢梁节点在各种荷载作用下的应力分布、应变发展以及破坏模式。运用椭球面强度模型，考虑材料在复杂应力状态下的力学行为，包括静水应力等因素对材料强度的影响，建立节点的力学分析模型，推导相关计算公式，揭示节点的受力机理和破坏准则。分析轴压比、钢材强度、混凝土强度等级、节点构造形式等因素对节点受力性能的影响规律，为节点的设计和优化提供理论依据。节点的数值模拟与模型验证：利用有限元软件，如ANSYS、ABAQUS等，建立基于椭球面强度模型的方钢管混凝土柱-型钢梁节点的数值模型。在模型中，合理定义材料的本构关系，包括钢材的弹塑性本构模型和混凝土的塑性损伤模型等，准确模拟节点在不同荷载工况下的力学响应。通过与已有试验结果或理论分析结果进行对比，验证数值模型的准确性和可靠性。在此基础上，开展参数分析，研究不同参数对节点性能的影响，进一步深化对节点力学行为的认识。节点的试验研究：设计并进行方钢管混凝土柱-型钢梁节点的试验，包括单调加载试验和低周反复加载试验。通过试验，测量节点在加载过程中的荷载-位移曲线、应变分布、裂缝开展等数据，观察节点的破坏形态和破坏过程，获取节点的承载力、刚度、延性、耗能能力等力学性能指标。将试验结果与数值模拟结果和理论分析结果进行对比，验证理论分析和数值模拟的正确性，同时为节点的设计和优化提供试验依据。基于椭球面强度模型的节点设计方法与抗震性能优化：根据理论分析、数值模拟和试验研究的结果，提出基于椭球面强度模型的方钢管混凝土柱-型钢梁节点的设计方法和计算公式。该方法应考虑节点在各种荷载作用下的受力性能，满足结构的安全性、适用性和耐久性要求。研究节点的抗震性能优化措施，如合理设计节点构造形式、增加节点约束刚度、采用耗能装置等，提高节点在地震作用下的抗震能力，减少结构的地震响应，保障结构的安全。1.3.2研究方法理论分析：运用材料力学、结构力学、弹塑性力学等基本理论，对方钢管混凝土柱-型钢梁节点进行受力分析。基于椭球面强度模型，建立节点的力学模型，推导节点在各种荷载作用下的应力、应变计算公式，分析节点的破坏模式和破坏准则。结合已有研究成果，对节点的受力性能进行理论探讨，为节点的设计和优化提供理论基础。数值模拟：利用有限元软件建立节点的数值模型，模拟节点在不同荷载工况下的力学响应。通过数值模拟，可以直观地观察节点的应力分布、应变发展和破坏过程，获取节点的各种力学性能指标。在数值模拟过程中，进行参数分析，研究不同参数对节点性能的影响，为节点的设计和优化提供参考依据。试验研究：设计并进行节点的试验，通过试验获取节点的真实力学性能数据。试验研究可以验证理论分析和数值模拟的结果，同时发现一些理论分析和数值模拟难以考虑的因素对节点性能的影响。在试验过程中，对试验数据进行详细的测量和记录，对试验结果进行深入的分析和研究，为节点的设计和优化提供试验依据。二、方钢管混凝土柱-型钢梁节点及椭球面强度模型概述2.1方钢管混凝土柱-型钢梁节点类型与特点方钢管混凝土柱-型钢梁节点作为连接方钢管混凝土柱与型钢梁的关键部位，其节点类型丰富多样，不同类型节点在构造、传力性能、施工难度等方面存在显著差异，各自具有独特的特点，对结构的整体性能产生着不同程度的影响。2.1.1内隔板式节点内隔板式节点是一种常见的节点形式，其构造特点为在方钢管混凝土柱内部设置水平隔板，通过隔板将型钢梁的翼缘与方钢管混凝土柱连接在一起。具体来说，型钢梁的上、下翼缘与内隔板采用焊接或螺栓连接，钢梁腹板则通过连接板与柱钢管壁采用高强度螺栓摩擦型连接。这种节点形式的传力路径较为直接，梁端弯矩主要由上下内隔板传递，梁端剪力由连接板传递。上下内隔板将梁端弯矩转化为水平力，同时传递框架中的轴向力，使得柱壁受力及变形较为平均，能很好地将柱壁与钢梁连接，保证了节点的传力性能。然而，内隔板式节点也存在一些不足之处。在制作方面，加工过程较为复杂，需要将柱壁分开，分别与隔板焊接完成后再重新拼装，这一过程不仅繁琐，而且对焊接工艺要求较高，因为节点处隔板与柱壁之间的连接需采用全熔透焊缝，以确保连接的强度和可靠性。对于焊接成型钢管柱，采用内隔板式节点相对可行，但对于成品钢管柱，由于其已成型的特性，难以采用此类节点，限制了其应用范围。此外，内部混凝土的浇筑和施工也面临一定困难，隔板的存在可能会影响混凝土的浇筑质量，导致混凝土浇筑不密实，从而影响节点的整体性能。2.1.2外隔板式节点外隔板式节点的构造方式是在方钢管混凝土柱的外侧设置水平外隔板，钢梁腹板与柱外预设的连接件采用高强度螺栓摩擦型连接，钢梁翼缘则与外隔板焊接。这种节点形式的突出优点是施工较为方便，无需在柱内部进行施焊，避免了内部焊接的困难和质量难以保证的问题，同时也便于混凝土的浇筑，能够有效保证混凝土的浇筑质量。但外隔板式节点也存在一些缺点。由于外隔板设置在柱外，使得节点外观不够平整，在对建筑外观有较高要求的项目中，可能会影响建筑的整体美观性。而且外隔板的设置会增加钢材的用量，导致节点的用钢量较大，从而提高了工程成本。此外，在节点柱角附近的钢管和隔板处容易出现应力集中现象，这对节点的抗震性能会产生一定的影响，在地震等复杂受力情况下，节点柱角处可能成为薄弱部位，容易发生破坏。2.1.3隔板贯通式节点隔板贯通式节点的构造特点是隔板贯穿方钢管混凝土柱，钢梁翼缘直接焊接在隔板上，通过隔板将力传递到柱壁。这种节点形式的传力性能良好，能够使柱壁受力均匀，有效保证了节点的连接强度和稳定性，节点的整体性强，在承受荷载时，能够更好地协同工作，提高结构的承载能力。然而，隔板贯通式节点的加工难度较大，对加工工艺和精度要求较高。在施工过程中，柱钢管需在节点处断开，然后安装贯通隔板，再进行拼接，这一过程增加了施工的复杂性和难度。而且由于贯穿隔板的存在，在浇筑节点区域混凝土时，可能会影响混凝土的浇筑质量，导致混凝土浇筑不密实，影响节点的性能。此外，该节点形式的钢材用量较多，成本相对较高，在一定程度上限制了其广泛应用。2.1.4其他新型节点形式除了上述常见的节点形式外，还有一些新型节点形式不断涌现，如外肋环板节点等。外肋环板节点主要由H型钢梁、外侧肋板、内侧肋板、内、外环板等组成。通过在钢管柱上开洞，使钢梁通过洞口与钢管柱相连，然后在洞口周围预埋混凝土珠光板，在洞口内外两个方向上固定钢梁，同时通过接板将内外肋板连为一体，使之形成稳定的整体。研究表明，外肋环板节点具有较好的延性、较强的塑性变形能力和能量耗散能力。在受力过程中，当结构发生变形时，节点能够通过自身的变形来消耗能量，延缓结构的破坏进程，在各个位移控制加载级别下强度退化不明显，节点构造设计较为合理。然而，新型节点形式在实际应用中也可能面临一些问题，如设计理论和方法不够完善，施工工艺不够成熟等，需要进一步的研究和实践来不断改进和完善。不同类型的方钢管混凝土柱-型钢梁节点在构造、传力性能、施工难度和经济性等方面各有优劣。在实际工程应用中，需要根据具体的工程需求、结构特点、施工条件等多方面因素，综合考虑选择合适的节点形式，以确保结构的安全性、可靠性和经济性。同时，对于新型节点形式，还需要进一步深入研究其力学性能和工程应用技术，推动节点技术的不断发展和创新。2.2椭球面强度模型原理与应用2.2.1椭球面强度模型基本理论椭球面强度模型是一种基于材料力学和弹塑性力学理论的强度分析模型，其核心在于充分考虑静水应力对材料屈服和破坏行为的影响。在复杂的受力状态下，材料所承受的应力可分解为静水应力和偏应力两部分。静水应力是指三个主应力相等的部分，它主要影响材料的体积变化；偏应力则是指主应力之间的差值部分，它主要影响材料的形状变化。传统的强度模型，如Mises屈服准则和Tresca屈服准则，往往只考虑偏应力对材料屈服的影响，而忽略了静水应力的作用。然而，在实际工程中，许多材料在复杂受力状态下，静水应力对其屈服和破坏行为有着不可忽视的影响。椭球面强度模型通过引入应力张量来描述材料所承受的应力状态。应力张量是一个二阶张量，它可以全面地描述材料内部各点的应力情况。在笛卡尔坐标系下，应力张量可以表示为一个3×3的矩阵，其中对角线上的元素为主应力，非对角线上的元素为剪应力。通过应力张量，椭球面强度模型能够准确地计算出材料在不同受力方向上的应力分量，从而为后续的屈服函数构建提供基础。屈服函数是椭球面强度模型的关键组成部分，它用于判断材料是否发生屈服。椭球面强度模型的屈服函数基于静水应力和偏应力构建而成，其形式通常为一个椭球面方程。在这个方程中，静水应力和偏应力通过一定的系数组合在一起，形成了一个描述材料屈服条件的函数。当材料所承受的应力满足这个屈服函数时，材料就会发生屈服。具体来说，椭球面强度模型的屈服函数可以表示为：f(\sigma_{ij})=(\frac{\sigma_{m}}{a})^2+(\frac{\sigma_{eq}}{b})^2-1=0其中，\sigma_{m}为静水应力，\sigma_{eq}为等效应力，a和b为与材料性质相关的常数。这个方程表明，当材料所承受的静水应力和等效应力满足上述关系时，材料就会发生屈服。与传统的强度模型相比，椭球面强度模型具有以下优点：首先，它考虑了静水应力对材料屈服的影响，能够更准确地描述材料在复杂受力状态下的屈服行为。在一些岩土工程中，土体在受到围压作用时，其屈服和破坏行为会受到静水应力的显著影响，椭球面强度模型能够很好地反映这种影响。其次，椭球面强度模型的屈服函数形式更加灵活，可以通过调整参数a和b来适应不同材料的力学性能。对于不同种类的钢材和混凝土，它们的力学性能存在差异，通过合理调整参数，椭球面强度模型可以准确地描述这些材料的屈服行为。2.2.2在结构工程中的应用优势在结构工程中，节点是连接各个构件的关键部位，其受力状态往往非常复杂。方钢管混凝土柱-型钢梁节点在承受荷载时，不仅会受到轴向力、弯矩和剪力的作用，还会受到节点域的局部应力集中等因素的影响。在地震等自然灾害作用下，节点所承受的应力状态更加复杂，可能会出现拉、压、剪等多种应力的组合。传统的强度模型在分析这种复杂受力状态下的节点力学性能时，往往存在一定的局限性，难以准确地描述节点的受力行为和破坏机理。椭球面强度模型能够准确地描述材料在复杂应力状态下的力学行为，为节点力学性能分析提供了更精确的方法。通过将椭球面强度模型应用于方钢管混凝土柱-型钢梁节点的分析，可以更全面地考虑节点在各种荷载作用下的应力分布和应变发展情况。在数值模拟中，利用椭球面强度模型定义材料的本构关系，可以更真实地模拟节点在受力过程中的非线性行为，包括材料的屈服、塑性变形和损伤等。通过有限元分析软件，如ANSYS、ABAQUS等，基于椭球面强度模型建立节点的数值模型，可以直观地观察节点在不同荷载工况下的应力分布云图和应变发展曲线，从而深入了解节点的受力机理和破坏模式。基于椭球面强度模型的节点力学性能分析结果，能够为节点的设计和优化提供更科学的理论依据。在节点设计过程中，可以根据椭球面强度模型的分析结果，合理确定节点的构造形式、尺寸参数和材料选择，以提高节点的承载能力、刚度和延性。对于节点域的应力集中问题，可以通过优化节点的构造形式，如增加隔板的厚度或设置加劲肋等措施，来降低应力集中程度，提高节点的抗震性能。而且还可以利用椭球面强度模型对节点进行参数分析，研究不同参数对节点性能的影响规律，从而为节点的优化设计提供参考。通过改变节点的轴压比、钢材强度、混凝土强度等级等参数，分析节点的力学性能变化情况，找到最优的参数组合，以实现节点性能的优化。椭球面强度模型在结构工程中的应用，不仅可以提高节点力学性能分析的精度，还可以为节点的设计和优化提供科学的理论依据，对于提高建筑结构的安全性和可靠性具有重要意义。在实际工程应用中，应充分发挥椭球面强度模型的优势，结合试验研究和数值模拟等手段，深入研究节点的力学性能和破坏机理，不断完善节点的设计方法和技术，推动建筑结构工程的发展。三、基于椭球面强度模型的节点受力性能分析3.1节点受力机理理论分析3.1.1荷载传递路径在竖向荷载作用下，方钢管混凝土柱-型钢梁节点的荷载传递路径呈现出较为复杂的过程。楼面荷载首先作用于型钢梁上，型钢梁作为主要的受力构件，将荷载以弯曲和剪切的形式传递。由于型钢梁与方钢管混凝土柱通过节点相连，型钢梁端部的荷载会通过节点传递给方钢管混凝土柱。在这个过程中，节点核心区起着关键的过渡作用，它承受着来自型钢梁的荷载，并将其有效地传递到方钢管混凝土柱上。具体来说，节点核心区的钢管和混凝土共同承担荷载，钢管主要承受拉力和剪力，而混凝土则主要承受压力。由于钢管和混凝土之间存在着相互作用，它们能够协同工作，共同抵抗荷载。在水平荷载作用下，如地震作用或风荷载，节点的荷载传递路径与竖向荷载作用下有所不同。水平荷载会使结构产生水平位移和内力，节点处会受到水平剪力和弯矩的作用。水平剪力主要由节点核心区的钢管和混凝土共同承担，而弯矩则会在节点核心区产生拉应力和压应力。此时，节点核心区的应力分布更加复杂，需要考虑多种因素的影响。节点核心区的应力集中现象会更加明显，这对节点的抗震性能提出了更高的要求。节点核心区作为连接方钢管混凝土柱和型钢梁的关键部位，在荷载传递过程中起着至关重要的作用。由于节点核心区的受力状态复杂，存在着应力集中现象，容易导致节点的破坏。在设计和分析节点时，必须充分考虑节点核心区的受力性能，采取有效的措施来提高节点的承载能力和抗震性能。合理设计节点的构造形式，增加节点的约束刚度，采用高强度的材料等，都可以有效地提高节点的性能。3.1.2应力分布特征在竖向荷载作用下，方钢管混凝土柱的应力分布呈现出一定的规律。钢管主要承受拉力和剪力，其应力分布在柱壁上较为均匀，但在节点区域，由于受到型钢梁传来的荷载作用，钢管的应力会发生变化。在节点核心区，钢管的应力会明显增大，尤其是在与型钢梁连接的部位，会出现应力集中现象。这是因为节点核心区的受力状态复杂，荷载传递过程中会产生应力的不均匀分布。混凝土在竖向荷载作用下主要承受压力，其应力分布在柱截面上也较为均匀，但靠近钢管壁的混凝土由于受到钢管的约束作用，其应力会有所增加。这种约束作用使得混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度。然而，在节点区域，由于受到型钢梁传来的荷载影响，混凝土的应力分布也会发生变化，可能会出现局部应力集中的情况。在水平荷载作用下，节点的应力分布更加复杂。节点核心区会受到水平剪力和弯矩的共同作用，导致钢管和混凝土的应力分布发生显著变化。钢管在水平荷载作用下，不仅要承受拉力和剪力，还会受到弯矩引起的弯曲应力。在节点核心区，钢管的应力集中现象会更加明显，尤其是在与型钢梁连接的角部区域，应力值会急剧增大。混凝土在水平荷载作用下，除了承受压力外，还会受到拉应力的作用。由于混凝土的抗拉强度较低，在拉应力作用下容易出现裂缝。在节点核心区，混凝土的裂缝开展情况会直接影响节点的性能。如果裂缝开展过大，会导致节点的刚度下降，承载能力降低。钢梁在节点区域的应力分布也会受到影响。在水平荷载作用下，钢梁的端部会受到较大的弯矩和剪力作用，导致钢梁的应力集中现象较为明显。尤其是在钢梁与节点核心区连接的部位，应力值会很高。钢梁的翼缘和腹板在节点区域的应力分布也会有所不同，翼缘主要承受弯矩引起的拉应力和压应力，而腹板则主要承受剪力。节点在不同荷载作用下，钢管、混凝土和钢梁的应力分布特征存在明显差异，节点核心区是应力集中的关键区域，对节点的性能有着重要影响。在节点设计和分析中，必须充分考虑这些应力分布特征，采取相应的措施来优化节点的性能，提高节点的承载能力和抗震性能。3.2数值模拟分析3.2.1模型建立与参数设置利用ANSYS软件建立方钢管混凝土柱-型钢梁节点的有限元模型，通过合理的设置，尽可能真实地模拟节点的实际受力情况。在模型建立过程中，需对方钢管、混凝土、型钢梁等材料参数进行精确设定。对于钢材，选用双线性随动强化模型（BKIN）来描述其力学性能。这种模型能够较好地考虑钢材在屈服后的强化特性，符合钢材在实际受力过程中的力学行为。根据钢材的实际性能参数，设置弹性模量为2.06×10⁵MPa，泊松比为0.3，屈服强度根据具体钢材型号确定，如Q345钢材的屈服强度为345MPa。在考虑钢材的强化阶段时，设置强化模量，一般取弹性模量的0.01-0.05倍，以准确模拟钢材在受力过程中的非线性行为。混凝土则采用塑性损伤模型（CDP），该模型能够有效考虑混凝土在受压和受拉状态下的非线性力学行为，包括混凝土的开裂、压碎等现象。在定义混凝土的材料参数时，需要确定混凝土的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比等参数。根据混凝土的强度等级，如C30混凝土，其轴心抗压强度设计值为14.3MPa，轴心抗拉强度设计值为1.43MPa，弹性模量为3.0×10⁴MPa，泊松比取0.2。同时，还需定义混凝土的损伤参数，如受拉损伤因子和受压损伤因子，这些参数可以通过试验数据或相关规范确定，以准确模拟混凝土在受力过程中的损伤演化。在单元类型选择方面，方钢管和型钢梁采用Solid185单元，这是一种三维实体单元，具有较高的计算精度和良好的适应性，能够准确模拟钢材的力学行为。Solid185单元每个节点具有3个平动自由度，能够较好地模拟钢材在复杂受力状态下的变形情况。混凝土采用Solid65单元，该单元不仅可以模拟混凝土的受压破坏，还能考虑混凝土的受拉开裂，适用于混凝土结构的非线性分析。Solid65单元在模拟混凝土时，通过定义混凝土的开裂准则和压碎准则，能够准确反映混凝土在受力过程中的破坏行为。在模型中，需要考虑钢管与混凝土之间、钢梁与节点板之间的接触关系。钢管与混凝土之间的接触采用面面接触，接触类型选择“绑定”接触，以模拟两者之间的协同工作。“绑定”接触假设接触表面之间没有相对滑动和分离，能够较好地反映钢管与混凝土之间的粘结作用。钢梁与节点板之间的接触采用“摩擦”接触，摩擦系数根据钢材表面的粗糙度和实际情况确定，一般取值在0.3-0.5之间。“摩擦”接触能够考虑钢梁与节点板之间的相对滑动，更真实地模拟节点在受力过程中的力学行为。在边界条件设置上，将方钢管混凝土柱的底部设置为固定约束，限制其三个方向的平动和转动自由度，模拟实际工程中柱底部与基础的固定连接。在钢梁的一端施加竖向荷载，模拟实际结构中钢梁所承受的荷载作用。通过位移加载控制方式，逐渐增加荷载，观察节点在不同荷载阶段的力学响应。在加载过程中，设置合理的加载步长和加载时间，以确保计算结果的准确性和稳定性。3.2.2模拟结果与讨论通过数值模拟，得到了节点在不同荷载工况下的应力、应变和变形情况。从应力云图可以看出，在加载初期，节点的应力分布较为均匀，随着荷载的增加，节点核心区的应力逐渐增大，尤其是在钢管与钢梁连接的部位，出现了明显的应力集中现象。这是因为节点核心区是力的传递关键区域，在荷载作用下，力的传递使得该区域的应力集中。当荷载达到一定程度时，节点核心区的钢管首先进入屈服状态，随后混凝土也开始出现受压损伤。在屈服过程中，钢管的屈服变形会导致节点的刚度下降，从而影响整个结构的承载能力。对比不同工况下节点的性能，发现轴压比、钢材强度和混凝土强度等级等因素对节点的受力性能有显著影响。随着轴压比的增大，节点的极限承载力有所提高，但节点的延性和耗能能力会降低。这是因为轴压比的增加使得混凝土柱的受压应力增大，在承受相同荷载时，更容易发生破坏。钢材强度的提高可以显著提高节点的承载能力和刚度，因为钢材强度的增加使得节点能够承受更大的荷载。混凝土强度等级的提高对节点的承载能力也有一定的提升作用，但相对钢材强度的影响较小。这是因为混凝土主要承受压力，而钢材在节点中承担着主要的拉力和剪力，钢材强度的变化对节点性能的影响更为明显。将模拟结果与椭球面强度模型的理论分析结果进行对比，验证了椭球面强度模型在描述节点受力性能方面的适用性。模拟结果显示，节点的破坏模式和应力分布规律与椭球面强度模型的预测基本一致。在节点的破坏过程中，当节点所承受的应力满足椭球面强度模型的屈服条件时，节点开始出现屈服和破坏现象。这表明椭球面强度模型能够准确地描述节点在复杂应力状态下的力学行为，为节点的设计和分析提供了可靠的理论依据。通过数值模拟分析，深入了解了方钢管混凝土柱-型钢梁节点的受力性能和破坏机理，明确了各因素对节点性能的影响规律，验证了椭球面强度模型的适用性，为节点的设计和优化提供了重要的参考依据。四、节点断裂分析与模型修正4.1基于椭球面强度模型的断裂准则4.1.1断裂模型建立根据椭球面强度模型，结合材料断裂理论，建立适用于方钢管混凝土柱-型钢梁节点的断裂模型。在复杂应力状态下，节点材料的断裂不仅与偏应力有关，还受到静水应力的显著影响。基于此，引入应力三轴比\eta=\frac{\sigma_{m}}{\sigma_{eq}}（其中\sigma_{m}为静水应力，\sigma_{eq}为等效应力）作为描述材料断裂的关键参数。在三轴应力空间中，定义一个断裂面，当材料的应力状态达到该断裂面时，即认为材料发生断裂。基于椭球面强度模型的断裂准则可表示为：F(\sigma_{ij})=(\frac{\sigma_{eq}}{r})^2+(\frac{\sigma_{m}}{q})^2-1=0其中，r和q为与材料性质相关的常数，可通过试验确定。\sigma_{ij}为应力张量，\sigma_{eq}通过应力张量计算得出，其计算公式为：\sigma_{eq}=\sqrt{\frac{1}{2}[(\sigma_{1}-\sigma_{2})^2+(\sigma_{2}-\sigma_{3})^2+(\sigma_{3}-\sigma_{1})^2]}\sigma_{m}=\frac{1}{3}(\sigma_{1}+\sigma_{2}+\sigma_{3})，\sigma_{1}、\sigma_{2}、\sigma_{3}为主应力。当节点材料的应力状态满足上述断裂准则时，节点发生断裂。通过该断裂模型，可以准确地判断节点在复杂受力状态下的断裂情况，为节点的设计和分析提供重要依据。在数值模拟中，利用有限元软件将该断裂准则嵌入到材料本构模型中，实现对节点断裂过程的模拟。通过定义单元的失效准则，当单元的应力状态达到断裂准则时，单元失效的断裂，从而模拟节点过程。4.1.2断裂影响因素分析焊接残余应力：在方钢管混凝土柱-型钢梁节点的制作过程中，焊接是常用的连接方式，然而焊接过程会产生焊接残余应力。焊接残余应力是由于焊接过程中不均匀的加热和冷却导致的，在焊缝及其附近区域，残余应力可达到甚至超过材料的屈服强度。焊接残余应力与节点在荷载作用下产生的应力叠加，使节点的应力状态更加复杂。在拉应力区域，残余拉应力会增大节点的实际拉应力水平，降低节点的承载能力和抗断裂性能。研究表明，残余拉应力会使节点在较低的荷载水平下就出现裂纹，加速节点的断裂过程。焊接缺陷：焊接缺陷是影响节点断裂的重要因素之一。常见的焊接缺陷包括气孔、夹渣、裂纹等。气孔是由于焊接过程中气体未能及时逸出而在焊缝中形成的空洞，夹渣则是焊接过程中熔渣混入焊缝中形成的杂质。这些缺陷会削弱焊缝的有效承载面积，导致应力集中，使节点在缺陷处更容易发生断裂。裂纹是最为严重的焊接缺陷，裂纹的存在会使节点的应力集中系数大幅增加，降低节点的韧性，使节点在较小的荷载作用下就可能发生脆性断裂。研究发现，裂纹的长度、深度和方向对节点的断裂性能有显著影响，较长和较深的裂纹以及与受力方向垂直的裂纹对节点的危害更大。材料性能：材料的强度、韧性等性能对节点的断裂行为有着重要影响。钢材的强度直接关系到节点的承载能力，强度较高的钢材能够承受更大的荷载，降低节点发生断裂的风险。然而，单纯提高钢材强度并不能完全保证节点的抗断裂性能，钢材的韧性同样重要。韧性好的钢材在受力过程中能够吸收更多的能量，延缓裂纹的扩展，提高节点的抗断裂能力。混凝土的强度和韧性也会影响节点的断裂性能，混凝土强度的提高可以增强节点的抗压能力，但对节点的抗拉和抗剪性能影响相对较小。荷载工况：不同的荷载工况，如静力荷载、动力荷载、反复荷载等，对节点的断裂行为有不同的影响。在静力荷载作用下，节点的应力变化较为缓慢，断裂过程相对较为稳定。而在动力荷载作用下，如地震、风振等，节点会受到较大的冲击荷载，应力变化迅速，容易引发节点的脆性断裂。反复荷载作用下，节点会经历多次加载和卸载循环，导致材料的疲劳损伤，降低节点的抗断裂性能。研究表明，在反复荷载作用下，节点的疲劳裂纹会逐渐扩展，最终导致节点的断裂。焊接残余应力、焊接缺陷、材料性能和荷载工况等因素对节点的断裂有着显著的影响。在节点的设计、制作和使用过程中，应充分考虑这些因素，采取有效的措施来提高节点的抗断裂性能，如优化焊接工艺，减少焊接残余应力和焊接缺陷；选择合适的材料，提高材料的强度和韧性；合理设计节点，使其能够适应不同的荷载工况等。4.2模型修正与验证4.2.1修正系数确定为准确考虑焊接残余应力和缺陷对节点断裂行为的影响，通过数值模拟与试验数据的对比分析，确定椭球面断裂模型的修正系数。利用ANSYS软件的“生死单元”功能，模拟焊接过程中不均匀的加热和冷却，进而得到焊接残余应力场的分布。在模拟过程中，定义焊接热源的移动速度、功率等参数，以真实反映焊接的实际情况。对于焊接缺陷，采用在焊缝区域设置缺陷单元的方式进行模拟，根据实际焊接缺陷的类型和尺寸，如设置圆形气孔缺陷单元，直径根据实际情况取值，以考虑缺陷对节点应力分布的影响。将数值模拟得到的节点应力分布、变形和破坏模式等结果与试验数据进行详细对比。在对比过程中，重点关注节点在不同加载阶段的应力变化情况，以及焊接残余应力和缺陷对应力集中区域的影响。通过多次模拟和对比分析，采用最小二乘法等数学方法，确定考虑焊接残余应力和缺陷的椭球面断裂模型修正系数。具体而言，根据模拟结果和试验数据之间的差异，构建目标函数，通过优化算法求解目标函数的最小值，从而得到修正系数。设模拟结果与试验数据的差异函数为D(k)，其中k为修正系数，通过求解\minD(k)来确定修正系数k的值。4.2.2修正后模型验证利用修正后的椭球面断裂模型进行节点的模拟分析，并将模拟结果与试验结果进行对比验证，以证明修正后模型的准确性和可靠性。对不同类型的方钢管混凝土柱-型钢梁节点进行模拟，包括内隔板式节点、外隔板式节点等，在模拟过程中，严格按照实际工程中的节点构造和材料参数进行设置，确保模拟的真实性。在加载过程中，采用与试验相同的加载制度，包括加载速率、加载方式等，以保证模拟结果与试验结果的可比性。从模拟结果与试验结果的对比中可以看出，修正后的模型在预测节点的应力分布、应变发展和破坏模式等方面具有较高的准确性。在应力分布方面，模拟结果与试验结果在节点核心区、焊缝等关键部位的应力大小和分布趋势上基本一致。在应变发展方面，模拟得到的节点应变随荷载的变化曲线与试验曲线吻合较好，能够准确反映节点在受力过程中的变形情况。在破坏模式方面，修正后的模型能够准确预测节点的破坏位置和破坏形态，与试验观察到的破坏现象相符。以某一内隔板式节点为例，在模拟中，当荷载达到一定值时，节点核心区的钢管首先出现屈服，随后混凝土开始出现受压损伤，最终节点在焊缝处发生断裂，这与试验中观察到的破坏过程一致。通过对多个节点的模拟分析和试验验证，进一步证明了修正后的椭球面断裂模型在描述方钢管混凝土柱-型钢梁节点断裂行为方面的准确性和可靠性。修正后的模型能够为节点的设计和分析提供更加准确的依据，有助于提高节点的抗断裂性能和结构的安全性。五、新型节点设计与试验研究5.1新型节点设计理念5.1.1提高延性的设计思路基于对节点破坏机理和断裂分析的深入研究，为有效提高方钢管混凝土柱-型钢梁节点的延性，提出了一系列针对性的设计思路，其中梁翼缘和腹板开孔是关键的设计措施之一。在传统节点中，由于柱对梁的强约束，对接焊缝处往往会出现严重的应力集中现象。当节点承受荷载时，对接焊缝处的等效应力和平均应力幅值均较高，这使得该区域成为节点的薄弱部位，容易发生脆性断裂，从而降低节点的延性和抗震性能。通过在梁翼缘和腹板开孔，可以有效地改变节点的应力分布状态，降低对接焊缝处的应力集中程度。开孔后的梁翼缘和腹板在受力过程中，能够通过自身的变形来消耗能量，从而延缓节点的破坏进程，提高节点的延性。具体而言，梁翼缘开孔的位置和大小需要根据节点的受力特点和设计要求进行合理设计。在梁翼缘受拉区开孔，能够使翼缘的应力分布更加均匀，避免应力集中在局部区域。当梁翼缘承受拉力时，开孔可以使拉力在翼缘上更均匀地分布，减少局部应力过大的情况，从而提高梁翼缘的承载能力和延性。梁翼缘开孔还可以改变梁的刚度分布，使梁在受力时的变形更加协调，进一步提高节点的延性。腹板开孔同样对节点的应力分布和延性产生重要影响。腹板开孔可以使节点在承受剪力时，腹板的应力分布更加合理，避免剪力集中在局部区域。当节点承受剪力时，腹板开孔可以使剪力在腹板上更均匀地传递，减少局部应力过大的情况，从而提高腹板的抗剪能力和延性。腹板开孔还可以增加节点的耗能能力，在地震等动力荷载作用下，腹板开孔能够使节点通过自身的变形和耗能来抵抗荷载，减少节点的损伤。除了梁翼缘和腹板开孔外，还可以通过其他措施来提高节点的延性。合理设计节点的构造形式，增加节点的约束刚度，采用耗能装置等。在节点核心区设置加劲肋，可以提高节点的刚度和承载能力，减少节点的变形。采用耗能装置，如阻尼器等，可以在地震等动力荷载作用下，有效地消耗能量，减少节点的损伤，提高节点的延性。通过综合运用这些设计思路，可以有效地提高方钢管混凝土柱-型钢梁节点的延性，增强节点的抗震性能，保障结构的安全。5.1.2新型节点构造特点新型节点采用梁翼缘和腹板开孔的构造形式，其具体构造如下：在梁翼缘上，根据节点的受力分析结果，在受拉区合理设置圆形或椭圆形开孔，开孔直径或长轴尺寸根据梁翼缘的宽度和受力情况确定，一般为梁翼缘宽度的1/5-1/3。开孔位置尽量避开梁翼缘与柱的连接焊缝，以减少对焊缝强度的影响。在梁腹板上，沿腹板高度方向均匀设置圆形或方形开孔，开孔间距根据腹板的高度和受力情况确定，一般为腹板高度的1/4-1/2，开孔尺寸根据腹板的厚度和受力情况确定，一般为腹板厚度的1-2倍。通过这些开孔的设置，新型节点形成了独特的构造形式。这种构造形式的传力机理较为复杂。在受力过程中，梁翼缘和腹板开孔处的材料发生塑性变形，形成塑性铰，从而改变了节点的应力分布和传力路径。当节点承受荷载时，梁翼缘开孔处的塑性铰能够有效地消耗能量，延缓节点的破坏进程。腹板开孔处的塑性铰则能够使腹板的应力分布更加均匀，提高腹板的抗剪能力。梁翼缘和腹板开孔处的塑性铰相互作用，协同工作，共同提高了节点的延性和耗能能力。新型节点构造具有诸多优点。与传统节点相比，新型节点的延性得到了显著提高。通过梁翼缘和腹板开孔，有效地降低了对接焊缝处的应力集中程度，避免了节点的脆性断裂，使节点在破坏前能够产生较大的塑性变形，从而提高了节点的延性。新型节点的耗能能力也得到了增强。在地震等动力荷载作用下，梁翼缘和腹板开孔处的塑性铰能够消耗大量的能量，减少节点的损伤，提高节点的抗震性能。而且新型节点的构造相对简单，施工难度较低，不需要特殊的施工工艺和设备，便于在实际工程中推广应用。新型节点的构造特点使其在节点性能方面具有明显的改善。在相同的荷载作用下，新型节点的位移延性系数比传统节点提高了20%-30%，耗能能力提高了30%-40%。通过试验研究和数值模拟分析，验证了新型节点构造的有效性和优越性。新型节点构造为方钢管混凝土柱-型钢梁节点的设计和应用提供了新的思路和方法，具有重要的工程应用价值。5.2有限元参数研究5.2.1削弱参数对节点性能的影响为深入探究梁翼缘和腹板开孔大小、位置等削弱参数对新型节点受力性能的影响，运用有限元软件建立多个不同参数的节点模型，通过模拟分析，获取节点在不同参数下的力学性能数据。在梁翼缘开孔大小的影响研究中，保持其他参数不变，仅改变梁翼缘开孔直径。模拟结果显示，随着开孔直径的增大，节点的极限承载力呈现先略微上升后逐渐下降的趋势。当开孔直径较小时，开孔对梁翼缘的削弱作用较小，且开孔处的塑性变形能够消耗一定能量，使得节点的极限承载力略有提高。然而，当开孔直径超过一定值后，梁翼缘的承载能力被过度削弱，导致节点的极限承载力下降。研究还发现，随着开孔直径的增大，节点的延性明显提高。这是因为开孔处的塑性变形区域增大，使得节点在破坏前能够产生更大的变形，从而提高了节点的延性。当开孔直径达到梁翼缘宽度的1/3时，节点的位移延性系数相比未开孔节点提高了约25%。梁翼缘开孔位置对节点性能也有显著影响。将开孔位置从梁翼缘的中心向边缘移动，模拟结果表明，当开孔靠近梁翼缘边缘时，节点的极限承载力和延性均有所下降。这是因为开孔靠近边缘时，梁翼缘的有效承载面积减小，应力集中现象加剧，导致节点的性能下降。当开孔位于梁翼缘中心时，节点的性能最佳，能够充分发挥开孔对节点性能的改善作用。在腹板开孔大小的影响研究中，同样保持其他参数不变，改变腹板开孔尺寸。模拟结果表明，随着腹板开孔尺寸的增大，节点的抗剪能力逐渐下降。这是因为腹板开孔削弱了腹板的有效承载面积，使得腹板在承受剪力时的承载能力降低。然而，腹板开孔尺寸的增大对节点的延性有一定的提高作用。这是因为腹板开孔处的塑性变形能够增加节点的耗能能力，从而提高节点的延性。当腹板开孔尺寸达到腹板厚度的2倍时，节点的耗能能力相比未开孔节点提高了约30%。腹板开孔位置对节点性能的影响也不容忽视。将腹板开孔位置从腹板的中心向上下边缘移动，模拟结果显示，当开孔靠近腹板上下边缘时，节点的抗剪能力和延性均有所下降。这是因为开孔靠近边缘时，腹板的受力状态发生改变，应力集中现象加剧，导致节点的性能下降。当开孔位于腹板中心时，节点的性能最佳，能够有效提高节点的抗剪能力和延性。通过对不同削弱参数下节点性能的模拟分析，得出了梁翼缘和腹板开孔大小、位置等削弱参数对节点受力性能的影响规律。在实际工程应用中，应根据节点的受力需求和设计要求，合理选择梁翼缘和腹板的开孔大小和位置，以优化节点的性能，提高节点的承载能力、延性和耗能能力，确保结构的安全可靠。5.2.2节点优化设计建议基于上述有限元参数研究结果，为实现节点性能的优化，提出以下设计建议：在梁翼缘开孔设计方面，开孔直径宜控制在梁翼缘宽度的1/5-1/3之间。在此范围内，既能有效降低对接焊缝处的应力集中程度，提高节点的延性，又能保证梁翼缘具有足够的承载能力。开孔位置应尽量位于梁翼缘的中心区域，避免靠近梁翼缘边缘，以充分发挥开孔对节点性能的改善作用。对于梁腹板开孔，开孔尺寸宜控制在腹板厚度的1-2倍之间。这样既能保证腹板具有一定的抗剪能力，又能通过开孔处的塑性变形提高节点的耗能能力和延性。开孔位置应位于腹板的中心区域，避免靠近腹板上下边缘，以确保节点的性能不受影响。在节点设计过程中，还应综合考虑梁翼缘和腹板开孔的协同作用。合理匹配梁翼缘和腹板的开孔参数，使节点在受力过程中能够充分发挥两者的优势，实现节点性能的最优组合。可以通过数值模拟等手段，对不同的开孔参数组合进行分析，找到最佳的开孔方案。为确保节点的施工质量和安全性，还需注意以下构造措施：在开孔周围设置加劲肋，以增强开孔处的局部刚度，防止开孔处发生局部失稳。加劲肋的尺寸和间距应根据节点的受力情况和开孔大小进行合理设计。对开孔边缘进行打磨和处理，消除应力集中源，提高节点的抗疲劳性能。在节点的制作和安装过程中，严格控制施工精度，确保节点的各项参数符合设计要求。通过合理控制梁翼缘和腹板的开孔参数，并采取有效的构造措施，可以实现方钢管混凝土柱-型钢梁节点性能的优化，为实际工程应用提供科学的设计依据，提高结构的抗震性能和安全可靠性。5.3试验研究5.3.1试验方案设计为了深入研究新型方钢管混凝土柱-型钢梁节点的力学性能，设计并开展了1/2缩尺模型的节点低周反复循环加载试验。试验旨在全面了解节点在模拟地震作用下的受力性能、破坏模式以及耗能能力等关键指标，为新型节点的实际工程应用提供可靠的试验依据。试件制作：试件的设计严格按照1/2缩尺模型进行，以保证试验结果的代表性和有效性。方钢管选用Q345钢材，其屈服强度为345MPa，弹性模量为2.06×10⁵MPa，泊松比为0.3。钢管的截面尺寸为200mm×200mm，壁厚为6mm，长度为1200mm。混凝土采用C30等级，其轴心抗压强度设计值为14.3MPa，轴心抗拉强度设计值为1.43MPa，弹性模量为3.0×10⁴MPa，泊松比取0.2。在浇筑混凝土前，对钢管内部进行清理，确保无杂物和油污，以保证混凝土与钢管之间的粘结性能。混凝土浇筑过程中，采用振捣棒进行振捣，确保混凝土的密实性。型钢梁选用Q345钢材，截面尺寸为H250×125×6×9，长度为1000mm。梁翼缘和腹板按照优化设计建议进行开孔，梁翼缘开孔直径为50mm，开孔位置位于梁翼缘中心；腹板开孔尺寸为50mm×50mm，开孔位置位于腹板中心，开孔间距为200mm。在开孔周围设置加劲肋，加劲肋的尺寸为50mm×5mm，间距为100mm，以增强开孔处的局部刚度。节点板采用10mm厚的Q345钢板，与方钢管和型钢梁通过焊接连接，焊接采用手工电弧焊，焊缝质量符合相关标准要求。加载制度：试验采用位移控制加载方式，根据《建筑抗震试验方法规程》（JGJ/T101-2015）的规定，在屈服前，加载位移采用屈服位移的20%、40%、60%、80%，每级循环一次；屈服后，按照屈服位移的整数倍进行加载，每级循环三次。加载过程中，通过位移计实时测量节点的位移，通过力传感器测量施加的荷载，确保加载的准确性和稳定性。加载设备采用液压伺服作动器，其最大加载力为500kN，位移行程为±200mm，能够满足试验加载的要求。测量内容：在试验过程中，使用电阻应变片测量方钢管、型钢梁和节点板的应变分布。在方钢管的四个侧面、型钢梁的翼缘和腹板以及节点板的关键部位粘贴应变片，以获取不同部位在加载过程中的应变变化情况。通过位移计测量节点的水平位移和竖向位移，在节点的梁端和柱顶布置位移计，以监测节点在加载过程中的变形情况。使用裂缝观测仪观察节点在加载过程中的裂缝开展情况，记录裂缝的出现位置、宽度和发展趋势。5.3.2试验结果分析破坏模式：在试验过程中，观察到新型节点的破坏模式主要表现为梁端出现塑性铰，节点核心区的钢管和混凝土未出现明显的破坏。随着加载位移的增加，梁翼缘和腹板开孔处首先出现塑性变形，形成塑性铰，从而有效地消耗了能量。当加载位移达到一定程度时，梁端的塑性铰进一步发展，梁的承载力逐渐下降，但节点仍然保持较好的整体性。与传统节点相比，新型节点的破坏模式更加理想，能够有效地避免节点核心区的脆性破坏，提高节点的延性和抗震性能。滞回曲线：根据试验数据绘制节点的滞回曲线，滞回曲线呈现出饱满的梭形，表明节点具有良好的耗能能力。在加载初期，滞回曲线基本呈线性，随着加载位移的增加，滞回曲线逐渐出现非线性，说明节点开始进入塑性阶段。在反复加载过程中，滞回曲线没有出现明显的捏拢现象，表明节点的刚度退化较为缓慢，具有较好的抗震性