钢管混凝土环板节点设计的关键问题探讨

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发布时间：2021-09-12

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钢管混凝土环板节点设计的关键问题探讨
秦庚，王文达
(兰州理工大学a．土木工程学院；b．西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心，甘肃兰州730050)
摘要：本文探讨了钢管混凝土柱．钢梁外加强环板节点设计计算中的关键问题，基于ABAQUS软件建立了此
类节点的三维有限元模型，进行了其荷载一变形曲线的全过程数值模拟，理论计算与试验结果总体上吻合良好。
利用此有限元模型，探讨了环板宽度对节点的极限承载力和初始刚度的影响规律。分析结果表明：随着环板宽
度的减小，节点的极限承载力降低，初始刚度减小。合理的环板尺寸的计算公式尚需要在大量的参数分析基础
上确定。
关键词：钢管混凝土；钢梁；环板节点；设计方法；初始刚度
中图分类号：TU398~．9 文献标识码：A 文章编号：1672．7037(2008)04—0321一o4
钢管混凝土外加强环式节点具有传力明确、
刚度大、塑性性能好、承载力高等优点。CECS
159：2Oo4《矩形钢管混凝土结构技术规程》Llj和
DBJ13．51—2003《钢管混凝土结构技术规程》【2J
也推荐使用这种节点构造形式，并在深圳赛格广
场等工程中采用了该类节点。
目前对钢管混凝土柱一钢梁加强环板节点的
研究较多【3~s】，但对此类节点受力机理研究较少，
节点承载力与环板宽度计算方法仍有待完善。本
文对钢管混凝土柱一钢梁环板节点设计中有关问
题，如抗弯及抗剪承载力设计方法进行了讨论，
并分析了环板宽度对节点的极限承载力和初始刚
度的影响规律。有关结论可供有关研究者和工程
实践参考。
1 节点的抗剪抗弯强度计算
1．1 节点抗剪强度计算
以往研究钢管混凝土节点的抗剪承载力是将
其分为三部分：节点域钢管腹板的抗剪能力、节
点域加强环板的抗剪能力和节点域混凝土的抗剪
能力。然后根据材料力学分别得出结果再相加。
这种方法无论从理论和形式上都很容易理解，计
算结果与试验也基本相符，但是对节点核心区内
钢管与混凝土共同工作的效应并没有明确的体
现，因此，还需根据试验及理论模型进行大量的
参数分析，如钢管的直径、厚度，加强环板尺寸，
钢材及混凝土强度等，进一步得出更为合理的节
点抗剪强度计算方法。
1．2 节点抗弯强度计算
文献【2】中规定矩形钢管混凝土柱．钢梁节点
承担的弯矩为柱翼缘板和环板两部分提供，节点
极限抗弯承载力为上述两项之和再乘以力臂。这
种方法同样未把节点核心区内钢管与混凝土共同
工作的效应体现。另一种方法是通过试验及数值
模拟后进行参数回归，国内外学者通过此方法进
行了一些研究，并且得到了钢管节点抗弯承载力
公式，但由于所研究的方法和侧重的参数，以及
对节点转角的定义等都有所不同而限定了其适用
范围。因此，确定一种可以合理体现节点核心区
受力机理的试验方法和理论模型，对节点进行系
统参数分析，是进一步完善节点抗弯强度计算方
法的关键。
2 环板宽度对节点性能影响探讨
文献[1]和文献[2】中分别给出了钢管混凝土
柱．钢梁加强环板节点的构造详图和环板宽度的
计算方法。研究表明，，现有环板宽度设计方法
偏于保守。因此，如何合理地确定环板宽度具有