方钢管混凝土梁柱穿芯螺栓端板连接节点

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会方钢管混凝士梁柱穿芯螺栓一端板连接节点一承载力研究潘阳1，2郝际平。王先铁1任青青(1西安建筑科技丈学西建丈一莱钢制结构研发中心r陕西两安7l00557山东置冶金世计院．山东济南z50014。_⋯。～摘要：利用三维实体单元，对方钢管混凝土粱桂穿芯螺栓端扳连接节点建立有限元分析模型，模拟了单调加载时节点的受力性能，较为精确地分析了节点『x应力分布，以弥补试验中无法直观地了解备细部受力情况和改变各种参数进行对比的缺陷：考察r轴压比太小，端板厚度等因索对节点受力性能的影响。关键词：方铡管混凝h粱柱节点，承载力性能一、’引言．方钢管混凝

2、土结构作为二种新塑结构形式由于其优异时力学性能，良好的建筑适应性在工程中越来越被广泛的应用。但是方钢管混凝土结构粱柱节点的研究和发展相对滞后，目前，我国的《矩形钢管混凝土结构技术规程》”1在借鉴日本等国的研究及应用基础l二，提供的用于力钢管混凝土柱一钢粱连接节点主要有内隔板式、外隔板式及隔扳贯通式等形式节点。其中，内隔板式节点结构简单，传力明确，节省材料，因此应用较为广泛。但是当柱截面较小时，制造内隔板式节点必须使用熔嘴电渣焊完成，制造成本较高。针对这种情况，本文借鉴H形梁柱端扳式连接节点，提出了一种穿芯螺桴一端板连接节点。这种节点通过贯穿方钢管柱的高强螺栓将

3、H型铜和方钢管柱连接起来。与内隔板式节点相比，这种节点制造和施工更为方便。本文利用ANsYs通用程序．建立了同时考虑大变形、高强螺栓的预拉力和连接二、有限元模型．，‘。／(一)试件的选取及有限元模型的建立，有限亢分析试件的材性与文献[3]干H同，钢管和钢梁为Q235B，高强螺栓为10．9级M24摩擦型高强螺栓，管内混凝土的设计标号为c40，各试件的编号、尺寸和试验轴压比见表l。为了更好的模拟试件受力情况，有限元模型的尺寸根据文献[3]所描述的试验情况：梓顶到节点域中心距离取作动器中心到节点域中心距离1350mi柱底到节点域中心距离取试件柱底铰支座转动中心到节点

4、域中心距离l稍7一。为了防止柱底混凝土被压碎，在柱底部取100m柱段将其刚度和强度定义的较大(庐10“Mpa，f=107N／∞2)。表1试件概况SPTHB2H300×150×65×92jO×2jO×8025SP—THB一3H300×150x6j×9250×250×80．30摹歪项甘■■焉昨耵霸乖享摹歪—乃0378078)作书简卉：潘阳(198卜)．男，山东济南^，硕十，助理工稃帅。接触咀及再种村料非线性等三重非线性因幕的有限元分析模型．结台试验研究．对新型节点进行单调加载分析。170S工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会(二)模型单元和本构关系

5、得选取混凝士的材性参数根据文献[3]混凝土立方体试块试验值确定。本构模型采用william—warnke五参数破坏准则和多线性等强硬化模型。钢材的材性参数根据文献[3]单向拉伸试验值确定。本构模型取用v。n．Mises屈服准则和各向同性强化本构模型。钢梁和钢管采用8节点6面体单元(3Ds01id45)；混凝土柱采用ANsYs中混凝土专用单元8节点6面体单元(3Ds01id65)；螺栓、端扳和加劲肋采用3一D二十节点单元s01id95单元。接触单元采用6节点三角形目标单元(3DTargetsurfaceElementl70)和与之对应的6节点三角形接触单元(3D

6、contactsurfaceE1ement174)。在螺栓杆中心截面设置顶拉力单元s01idl79。(三)边界约束及加载‘根据试验时的约束情况，在模型柱底中线上施加三向线约束模拟铰的转动。距粱端约l／3处上下翼缘对称四条线段上施加Y向约束，防止侧向失稳。在施加柱顶轴力N时先对粱端面施加X方向水平约束，以保证系统既稳定又不在粱内产生内力；在施加柱顶水平力P时先将粱端面上的x方向约束改为z方向约束，以保证水平力作用下粱端沿x方向可自由移动而竖向没有位移。柱顶轴力以面荷载形式施加；柱顶水平荷载以位移形式施加。图I有限模型网格划分三、单调加载非线性有限元计算结果分析(

7、一)荷载一位移(卜厶)曲线的分析图2对文献[3]试验骨架曲线和本文有限元计算得到的单调加载(严4)曲线进行了比较。结果表明：有限元模型在不同轴压比下弹性阶段刚度变化不大且与文献[3]sP—THB—l的试验结果吻合较好；有限元模型极限承载力与比试验值高11％左右：当达到荷载峰值后，有限元模型的严d曲线下降斜率低于试验值。分析其原因主要有：(1)一般情况试验中的支座和支撑不可能达到理论分析时的理想刚性。(2)有限元的单调加载分析没有模拟材料的初始缺陷和试验循环加载过程中的材料损伤影响。(3)有限元没有模拟焊缝撕裂等局部破坏现象。工韭建筑2007增刊I彻星：兰旦全旦

8、翌!兰茎丝王登堂苎堕!!金Z苎鼎柱}*