方钢管混凝土柱-组合扁梁连接节点力学性能研究

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发布时间：2021-09-11

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方钢管混凝土柱一组合扁梁连接节点力学性能研究
毛小勇，高晓莹，陈春杨
(苏州科技学院江苏省结构工程重点实验室，江苏苏州215011)
摘要：将方钢管混凝土柱与组合扁梁结合，构成一种新型、高效的住宅钢结构体系。在已有节点研究的基
础上，结合翼缘非对称式组合扁梁的特殊性，提出了一种新的节点构造形式。建立了节点承载力计算的塑性
铰线模型，推导了塑性铰线的承载力，得到了受拉翼缘的极限拉力，并最终确定了节点的承载力计算方法。
为验证上述模型的准确性，对节点进行了有限元分析。塑性铰线模型与有限元分析结果吻合良好，设计方法
可供工程设计参考。
关键词：组合扁梁，钢管混凝土柱，塑性铰线，抗弯承载力
中图分类号：TU398+．9 文献标识码：A 文章编号：1672—7037(2008)03—0061—04
组合扁梁是将现浇混凝土板、预制混凝土板
或深肋压型钢板搁置于钢梁下翼缘(或腹板支托)
而形成的组合截面形式，具有截面高度小、防火
和抗锈蚀性能好、钢梁出平面不易失稳等优点。
方钢管混凝土柱具有抗弯刚度大、施工方便、经
济效果显著等优点。将组合扁梁与方钢管混凝土
柱结合，可形成一种新型、高效的住宅结构体系。
国外对预制叠合板式组合扁梁及上翼缘带压痕的
深肋压型钢板组合扁梁进行了较为深入的研究
[1-41
。在我国，为满足轻钢住宅设计中降低层高的
需要，清华大学于2000年开始着手组合扁梁楼盖
的研究，并结合国内的工程实际推出了叠合板组
合扁梁楼盖L5 J。对方钢管混凝土柱，国、内外进
行了大量的研究工作【9’ ]，计算方法已十分成熟。
相对而言，对组合扁梁与柱连接节点的研究却很
少；同时，由于组合扁梁多采用非对称截面形式，
其节点连接及构造具有自身的特点。因此，有必
要对其节点性能进行深入研究，以促进这一结构
体系的推广使用。
1 节点构造
方钢管混凝土柱与钢梁的连接节点主要有以
下几种形式：内隔板式、外隔板式、钢梁贯穿
式、穿心螺栓式和锚定式。这些节点形式在某些
方面可以为组合扁梁的节点提供参考。但作为一
种住宅结构体系，方钢管混凝土柱一组合扁梁节
点的构造还需要考虑以下几方面问题¨ ：(1)钢
管混凝土柱的截面一般不会太大，出于施工方便
和节点区混凝土的浇筑质量的考虑，不宜在内部
设置锚固件或隔板；(2)本文采用的组合扁梁上、
下翼缘不对称，受拉翼缘面积偏小，在支座负弯
矩作用下，受拉区混凝土开裂失去作用，一般需
要设置负弯矩受拉钢筋，钢筋的锚固是一个比较
重要的问题；(3)组合扁梁截面一般不会太高，
受力不会太大；(4)为方便在住宅体系中推广使
用，节点构造应简捷、方便施工。
综合上述特点，参考现有的方钢管混凝土柱
一钢梁连接节点形式，本文给出的方钢管混凝土
柱一组合扁梁连接节点构造，如图1所示⋯J。
2 塑性铰线模型
节点处剪力通过腹板传递给钢管壁，只需验
算扁梁腹板与钢管壁之间连接焊缝的强度即可。
弯矩在扁梁上、下翼缘分别产生拉力和压力，并
通过加强环板传给钢管壁。对于压力而言，可通
过钢管壁承压传递给内部的混凝土，一般没有太
大问题(因混凝土的抗压强度较大)；而拉力由加
强环板及钢管壁与混凝土之间的粘结力承受。由
于钢管壁与混凝土之间的粘结力较小，拉力作用
可能造成钢管壁与混凝土的分离，此时如果加强