局部钢管混凝土柱半刚性节点性能研究

《局部钢管混凝土柱半刚性节点性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、78低温建筑技术2011年第3期(总第153期)局部钢管混凝土柱半刚性节点性能研究姜延宏，张天德，胡彦飞，陈文(1．杭州高新技术产业开发总公司，杭州310053；2．浙江祥生房地产有限公司，浙江绍兴310002；3．城市建设研究院福建分院。福州350001)【摘要】通过足尺试验和有限元模拟分析研究半刚性连接节点的弯矩和相对转角之间关系。通过试验得到了描述这些试件弯矩和相对转角之间关系的数据、试件的初始刚度及极限承载力。利用有限元软件ANSYS对试验的二组半刚性节点试件进行了有限元模拟分析，考虑了材料和几何非线性。【关键词】矩形钢管混凝土；梁柱半刚

2、性节点；非线性有限元【中图分类号】TU528．59【文献标识码】B【文章编号】1001—6864【2011)03—0078—03钢管混凝土结构在国内外高层建筑中悄然兴起，一加劲端板连接节点BCJ。1，BCJ-2，先将钢梁用螺栓成为高层建筑结构体系中的重要形式。随着组合结构连接在端板上，再通过穿心高强螺栓连接于柱上；第二的不断发展，方钢管混凝土柱以其稳定承载力高，节点种是常规螺栓连接(BCJ-3，BCJ-4)节点，钢梁翼缘与构造简单、连接方便、抗弯性能好和不低于圆钢管混凝柱用螺栓连接，腹板与竖向剪切板螺栓连接。BCJ．3土的耐火性能等优点而13益受

3、到工程界的重视。但迄和BCJ4为目前常用的H型柱、梁端外伸端板节点今为止，有关钢管混凝土节点工作性能的研究国内外(BCJ-3在节点处设加劲肋，BCJ．-4未设加劲肋)。开展尚不多，可供选用的节点类型不多，还没有专门的表14个试件的试验尺寸trim设计计算方法，在进行高层建筑受力分析时主要借用钢结构的有关参数，这自然是不合理的。与钢筋混凝土结构相比，钢管混凝土结构具有优越的抗震性能，为了合理而安全地在地震区推广这类结构，对方钢管混凝土结构抗震性能的研究就显得尤为重要。1节点模型试验梁柱节点构造分为二种：第一种为梁柱穿芯螺栓N1．，—一，1呵l,-'

4、17／⋯耐，／

5、5}，n一1：JI／，n20，浇1，／、‘．-／一／～／'r／一一一‘ul^，r乙—叮vvuNN—-，—’／．~tT／-＼r／／Wit'／／⋯／!n一1nI．：}，／1n，’／巷‘__，一⋯”图1初级数据BCJ．1模型试件的钢管混凝土内部浇捣C40混凝捣C20混凝土，设计配合比(重量比)为：水泥、水、砂、土，设计配合比(重量比)为：水泥、水、砂、碎石=1：碎石=1：0．52：1．19：2．37，同时掺加一定量的微膨胀0．44：1．22：2．47，BCJ．2模型试件的钢管混凝土内部浇剂。浇捣混凝土过程中注意振捣，保证混凝土的密实姜延

6、宏等：局部钢管混凝土柱半刚性节点性能研究79性。浇捣钢管混凝土的同时制作混凝土标准试块，数0M1一RF1——M—／—M—T量按混凝土材料检测标准进行；养护条件保证与钢管“[～()”]“混凝土的养护条件的一致性。担2圆钢涂油穿孔，混式中，Ri为连接初始刚度；为连接的极限弯矩凝土终凝后抽出，形成螺栓孔。承载力；n为曲线的形状参数。实验在MTS多向动力加载系统上进行，两只加载器同步加载，荷载图式为三角形波形，循环荷载的第一级荷载为60kN，其余各级荷载峰值的级差均为15kN，拟静力试验加载方案。循环荷载作用下梁端的位移由位移传感器采集，采集频率为100

7、次／s。每级位移增量MTS系统持荷+BCJ-2实验数据+BCJ-2ANSYS效据+拟合数据时间为3rain，然后进行应变数据采集约2min，加载速图4BCJ2M-O曲线比较率为lkN／s或0．05mm／s。实测的局部填充混凝土钢．管柱节点的力一梁端位移滞回曲线见图1。由图3和图4可以得出JD．1有限元模拟的M一02有限元模拟分析的初始刚度为21428kN·in／rad，极限弯矩为165．8kN对梁柱构件、螺栓都用SOLID45单元来建立模·nl。从图中可以看到，有限元M一0的曲线的转折点型，其中的柱、螺栓、端板间存在大量的接触区，采用覆和试验的M

8、一0，曲线的转折点相当接近，但有限元模盖于SOLID45实体单元表面的三维8结点的CON．拟的M一0曲线的初始刚度和极限弯矩均比试验数TA174高阶四边形单元和三维4结点TARGE170目标据大。拟合曲线与试验数据吻合得相当好，参数r／,为单元来定义接触对，对端板和柱间进行接触模拟，忽略1．56。螺栓与孔壁之间的接触。高强螺栓预拉力采用从以上结果可以看出，模拟的初始刚度和极限荷PRETS179单元来施加预拉力。混凝土采用SOLID65单元(八节点3D体单元)。几何模型见一图2。载大多比试验值偏大，主要原因有如下几点：(1)ANSYS模拟的钢材采用

9、的是理想的弹塑性，没有考虑材料的强度破坏。在ANSYS模拟中随着荷载(位移)的增加，梁翼缘会逐步屈服，屈服面向远离端板的区域扩展，这就会