方鋼管混凝土梁柱穿芯螺栓端板連接節(jié)點(diǎn)

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1、第七屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)方鋼管混凝士梁柱穿芯螺栓一端板連接節(jié)點(diǎn)一承載力研究潘陽(yáng)1，2郝際平。王先鐵1任青青(1西安建筑科技丈學(xué)西建丈一萊鋼制結(jié)構(gòu)研發(fā)中心r陜西兩安7l00557山東置冶金世計(jì)院．山東濟(jì)南z50014。_?。～摘要：利用三維實(shí)體單元，對(duì)方鋼管混凝土粱桂穿芯螺栓端扳連接節(jié)點(diǎn)建立有限元分析模型，模擬了單調(diào)加載時(shí)節(jié)點(diǎn)的受力性能，較為精確地分析了節(jié)點(diǎn)『x應(yīng)力分布，以彌補(bǔ)試驗(yàn)中無(wú)法直觀地了解備細(xì)部受力情況和改變各種參數(shù)進(jìn)行對(duì)比的缺陷：考察r軸壓比太小，端板厚度等因索對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響。關(guān)鍵詞：方鍘管混凝h粱柱節(jié)點(diǎn)，承載力性能一、’引言．方鋼管混凝

2、土結(jié)構(gòu)作為二種新塑結(jié)構(gòu)形式由于其優(yōu)異時(shí)力學(xué)性能，良好的建筑適應(yīng)性在工程中越來(lái)越被廣泛的應(yīng)用。但是方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)粱柱節(jié)點(diǎn)的研究和發(fā)展相對(duì)滯后，目前，我國(guó)的《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》”1在借鑒日本等國(guó)的研究及應(yīng)用基礎(chǔ)l二，提供的用于力鋼管混凝土柱一鋼粱連接節(jié)點(diǎn)主要有內(nèi)隔板式、外隔板式及隔扳貫通式等形式節(jié)點(diǎn)。其中，內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳力明確，節(jié)省材料，因此應(yīng)用較為廣泛。但是當(dāng)柱截面較小時(shí)，制造內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn)必須使用熔嘴電渣焊完成，制造成本較高。針對(duì)這種情況，本文借鑒H形梁柱端扳式連接節(jié)點(diǎn)，提出了一種穿芯螺桴一端板連接節(jié)點(diǎn)。這種節(jié)點(diǎn)通過(guò)貫穿方鋼管柱的高強(qiáng)螺栓將

3、H型銅和方鋼管柱連接起來(lái)。與內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn)相比，這種節(jié)點(diǎn)制造和施工更為方便。本文利用ANsYs通用程序．建立了同時(shí)考慮大變形、高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力和連接二、有限元模型．，‘。／(一)試件的選取及有限元模型的建立，有限亢分析試件的材性與文獻(xiàn)[3]干H同，鋼管和鋼梁為Q235B，高強(qiáng)螺栓為10．9級(jí)M24摩擦型高強(qiáng)螺栓，管內(nèi)混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為c40，各試件的編號(hào)、尺寸和試驗(yàn)軸壓比見(jiàn)表l。為了更好的模擬試件受力情況，有限元模型的尺寸根據(jù)文獻(xiàn)[3]所描述的試驗(yàn)情況：梓頂?shù)焦?jié)點(diǎn)域中心距離取作動(dòng)器中心到節(jié)點(diǎn)域中心距離1350mi柱底到節(jié)點(diǎn)域中心距離取試件柱底鉸支座轉(zhuǎn)動(dòng)中心到節(jié)點(diǎn)

4、域中心距離l稍7一。為了防止柱底混凝土被壓碎，在柱底部取100m柱段將其剛度和強(qiáng)度定義的較大(廬10“Mpa，f=107N／∞2)。表1試件概況SPTHB2H300×150×65×92jO×2jO×8025SP—THB一3H300×150x6j×9250×250×80．30摹歪項(xiàng)甘■■焉昨耵霸乖享摹歪—乃0378078)作書簡(jiǎn)卉：潘陽(yáng)(198卜)．男，山東濟(jì)南^，碩十，助理工稃帥。接觸咀及再種村料非線性等三重非線性因幕的有限元分析模型．結(jié)臺(tái)試驗(yàn)研究．對(duì)新型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單調(diào)加載分析。170S工業(yè)建筑2007增刊第七屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)(二)模型單元和本構(gòu)關(guān)系

5、得選取混凝士的材性參數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)[3]混凝土立方體試塊試驗(yàn)值確定。本構(gòu)模型采用william—warnke五參數(shù)破壞準(zhǔn)則和多線性等強(qiáng)硬化模型。鋼材的材性參數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)[3]單向拉伸試驗(yàn)值確定。本構(gòu)模型取用v。n．Mises屈服準(zhǔn)則和各向同性強(qiáng)化本構(gòu)模型。鋼梁和鋼管采用8節(jié)點(diǎn)6面體單元(3Ds01id45)；混凝土柱采用ANsYs中混凝土專用單元8節(jié)點(diǎn)6面體單元(3Ds01id65)；螺栓、端扳和加勁肋采用3一D二十節(jié)點(diǎn)單元s01id95單元。接觸單元采用6節(jié)點(diǎn)三角形目標(biāo)單元(3DTargetsurfaceElementl70)和與之對(duì)應(yīng)的6節(jié)點(diǎn)三角形接觸單元(3D

6、contactsurfaceE1ement174)。在螺栓桿中心截面設(shè)置頂拉力單元s01idl79。(三)邊界約束及加載‘根據(jù)試驗(yàn)時(shí)的約束情況，在模型柱底中線上施加三向線約束模擬鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)。距粱端約l／3處上下翼緣對(duì)稱四條線段上施加Y向約束，防止側(cè)向失穩(wěn)。在施加柱頂軸力N時(shí)先對(duì)粱端面施加X(jué)方向水平約束，以保證系統(tǒng)既穩(wěn)定又不在粱內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力；在施加柱頂水平力P時(shí)先將粱端面上的x方向約束改為z方向約束，以保證水平力作用下粱端沿x方向可自由移動(dòng)而豎向沒(méi)有位移。柱頂軸力以面荷載形式施加；柱頂水平荷載以位移形式施加。圖I有限模型網(wǎng)格劃分三、單調(diào)加載非線性有限元計(jì)算結(jié)果分析(

7、一)荷載一位移(卜厶)曲線的分析圖2對(duì)文獻(xiàn)[3]試驗(yàn)骨架曲線和本文有限元計(jì)算得到的單調(diào)加載(嚴(yán)4)曲線進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：有限元模型在不同軸壓比下彈性階段剛度變化不大且與文獻(xiàn)[3]sP—THB—l的試驗(yàn)結(jié)果吻合較好；有限元模型極限承載力與比試驗(yàn)值高11％左右：當(dāng)達(dá)到荷載峰值后，有限元模型的嚴(yán)d曲線下降斜率低于試驗(yàn)值。分析其原因主要有：(1)一般情況試驗(yàn)中的支座和支撐不可能達(dá)到理論分析時(shí)的理想剛性。(2)有限元的單調(diào)加載分析沒(méi)有模擬材料的初始缺陷和試驗(yàn)循環(huán)加載過(guò)程中的材料損傷影響。(3)有限元沒(méi)有模擬焊縫撕裂等局部破壞現(xiàn)象。工韭建筑2007增刊I徹星：蘭旦全旦

8、翌!蘭莖絲王登堂苧墮!!金Z苧鼎柱}*