方钢管混凝土柱梁穿筋式节点数值分析

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发布时间：2021-09-11

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方钢管混凝土柱梁穿筋式节点数值分析
庞树涛，殷福新
(大连理工大学建设工程学部土木工程学院。辽宁大连1 1 6024)
【摘要】对钢管混凝土柱一穿筋钢梁节点的受力性能进行了考虑几何非线性、材料非线性及接触非线性
的多重非线性有限元分析，试验数据验证了模型精度和可靠性，并分析了方钢管混凝土一工字钢梁穿筋节点的滞
回性能及钢梁腹板削弱和贯穿腹板后的性能改善，并与加强环式节点对比，表明穿筋节点具有更好“性价比”。
【关键词】方钢管混凝土结构；节点；抗震性能；ABAQUS
【中图分类号】TU392．3 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2014)08—0052—04
钢管混凝土结构因其具有承载力高、塑性韧性
好、制作和施工方便、耐火性能好、经济效果好等优
点⋯ ，工程应用越来越普遍。钢管截面形式主要有圆
形、矩形、方形及多边形等，圆形和矩形钢管应用最为
广泛，例如杭州瑞丰国际商务大厦、武汉国际证券大
厦、台北国际金融中心、大连国际贸易中心及广州南
航大厦等工程。
梁柱节点一直是钢管混凝土结构的研究重点，钢
梁主要节点形式有外加强环式、内隔板式、隔板贯通
式、外肋环板式、穿芯高强螺栓一端(肋)板式、T型板
锚定式、贯穿钢管式等，《CECS 159：20O4} 推荐的内
隔板式和外隔板式节点的工程实践较为广泛。上述
部分节点按刚接考虑，但实际工程中并不存在绝对刚
性节点，若转动约束能力达到理想刚接的90％就认为
刚性连接。贯穿式钢梁节点具有较强的刚度，明确的
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传力路径，其穿心构件有钢梁、腹板、翼缘、钢筋、弯起
钢板等，我国新修订实施的《CECS28：2012} 将钢管
混凝土柱与连续钢梁贯穿节点作为推荐形式之一，此
类节点的刚度特性能够满足刚性连接的要求。
本文应用ABAQUS分析反复加载下贯穿钢筋节
点的受力性能，有限元模型得到试验验证，并建模分
析了方钢管混凝土柱与工字钢梁的穿透式节点区应
力及破坏形式，承载力、延性及耗能等，并与外加强环
式节点性能对比。
1 有限元分析模型
(1) 试验概述。基于文献[5]中方钢管混凝土
柱与箱型钢梁试件ts一3建立有限元模型，研究穿筋
节点低周反复加载下的力学性能，采用的箱型钢梁为
I16工字钢梁补焊腹板，详细构造见图1(a)，混凝土和
钢材材料特性采用试验实测值。
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图1节点构造配置详图
(2) 材料本构关系选择。钢材往复加载下应用
双线性随动强化模型，弹塑性阶段之后，钢材强化阶
段模量为 E ，Ot建议取O．O1，试验中钢管内核心混凝
土采用C60，测得立方体抗压强度为70．8MPa。混凝土
受压本构关系采用韩林海等提出的适用于方钢管中
受约束混凝土的本构计算公式(1)，采用的圆柱体抗
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压强度与实测立方体抗压强度换算系数采用欧洲混
凝土协会标准0．833。混凝土受拉应力一应变关系采用
规范 C2．3推荐模型。