钢管约束混凝土节点承载力有限元分析

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发布时间：2021-09-12

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钢管约束混凝土节点承载力有限元分析
马忠吉，
(1．哈尔滨工业大学建筑设计研究院，哈尔滨150090；
韩素滨
2．黑龙江省新建监狱工程设计科．哈尔滨1 50069)
【摘要l 结合哈尔滨科技大厦初步设计结果，通过合理选取材料的本构模型，利用大型通用有限元软件
ABAQUS对钢管约束钢筋混凝土短柱与节点的设计承载能力进行了分析计算。着重研究了钢管约束钢筋混凝土
节点小偏压情况下，钢管对节点承载能力和延性的影响。在此基础上，可进一步采用ABAQUS软件对钢管约束钢
筋混凝土节点的小偏压力学性能与工作机理进行深入分析。文中得出的结论可为相关、施工提供参考。
【关键词1 钢管约束钢筋混凝土；非线性有限元分析；设计承载力
【中图分类号】TU311．4l 【文献标识码】B 【文章编号】1001—6864(2012)01—0033—03
0 引言
哈尔滨科技大厦采用了一种新型结构形式一钢
管约束钢筋混凝土结构(Tubed column)It]。钢管约束
混凝土结构拥有良好的力学性能以及施工方便的优
点，是一种很有发展前景的新型结构。在哈尔滨科技
大厦中，由于楼面为钢筋混凝土，因此框架柱采用钢管
约束混凝土柱，不仅梁柱节点连接方便，而且由于在柱
外可不设防火保护层，仅作防腐处理，具有良好的经济
效益幢 ]。作为一种新型组合结构，钢管约束混凝土
短柱及其节点承载能力是否满足设计要求是结构安
全的必要条件。由于钢管对普通钢筋混凝土柱的轴压
承载力有一定程度的提高，其节点承载力是否等于或
高于短柱承载能力，能否满足强节点、弱构件的要求，
是工程界非常关心的问题。
近年来，有限元法在钢筋混凝土结构、组合结构的
分析中得到了越来越广泛的应用，同时也证明了有限
元方法是有效的，运用有限元法可以得到试验很难获
取的一些重要的结构反应信息。ABAQUS是目前功能
最强的有限元分析软件之一，其优异的分析能力使其
在土木工程中得到了大量成功的应用。因此文中采用
ABAQUS来分析哈尔滨科技大厦钢管约束混凝土节点
的力学性能。
1 有限元计算模型
1．1 模型设计
文中依据哈尔滨科技大厦的初步设计结果，设计
了一组钢管约束钢筋混凝土短柱(TRC)、钢筋混凝土
节点(Jn—RC)和钢管约束钢筋混凝土节点(JD—
TRC)的小偏压承载能力有限元分析，根据初步设计结
果，所有试件沿l，向偏心距为37mm，属于小偏心受压
构件。TRC短柱和钢筋混凝土节点柱的形式与配筋
完全相同。图1所示为钢筋混凝土对比试件和钢管约
束钢筋混凝土柱的截面形式。钢管约束钢筋混凝土柱
截面尺寸为900ram x 900ram，试件高度为2700mm。所
有试件柱纵筋配置为28B28，纵筋配筋率为1．37％。
JD试件高度3300mm，梁截面为500ram×1500ram，沿
柱边各伸出1500mm，节点核心区箍筋为A12@100，箍
筋体积配箍率为0．45％。
1．2 材料本构关系
混凝土的受压应力应变曲线采用了过镇海等
建立的应力应变曲线，该曲线较好的模拟了混凝土受