方钢管混凝土柱-钢梁节点的设计

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1、http://www.paper.edu.cn带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点设计研究1112周天华，聂少锋，卢林枫，何保康，（1.长安大学，陕西西安710061；2.西安建筑科技大学，陕西西安710055；）Email：zhouth163@163.com摘要:本文根据试验和理论研究结果，对用于高层建筑的带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁刚性节点的受力特征进行了分析研究，结合《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159:2004)的设计规定，给出了梁-柱连接处梁截面的抗弯、剪计算公式及建议。对节点核心区的抗剪，通过受力机理的分析，建立了钢“框架-剪力墙”

2、加混凝土“斜压短柱”受力体系及其屈服机制，根据塑性极限分析，给出了节点核心区抗剪承载力计算的迭加公式，并与《规程》公式和非线性有限元近似模拟分析结果进行了比较。本文提出的节点核心区抗剪承载力计算公式，能够反映出轴压比的影响，理论相对比较完善，力学概念明确、简单，其计算结果安全合理，可供实际工程设计参考。关键词:方钢管混凝土柱；梁柱节点；节点设计；节点核心区1前言[1]我国《矩形钢管混凝土结构技术规程》借鉴箱形柱钢框架节点的构造作法，结合我国实际情况，推荐列出了带内隔板的矩形钢管混凝土柱与钢梁栓焊连接的节点构造形式(见图1)，这种构造形式外观整洁，不影响后

3、期的建筑装修，内隔板采用电渣焊与柱壁板对接焊接，其梁柱栓焊连接属于钢框架的传统刚性连接形式，制造安装均较为方便，可用于抗震设防为7度及以下的框架结构。内隔板本文从结构受力形态分析出发，确定节点在各种外荷载作用下的受力和形式特征，[2，3]结合试验和理论分析研究，通过对《规图1内隔板式梁柱连接[1]程》中这种节点抗弯、剪计算规定的讨Fig.1Thebeam-to-columnconnectionwithinternaldiaphragms论，提出初步设计建议，以供参考。2节点的受力及变形特征框架结构在正常工作时受有竖向和水平两种荷载，进行节点的抗震设计时，

4、梁端和柱端的弯矩分布形式（图2c）基本与水平荷载下（图2a）的情况相似，以中间十字形节点为例，各种外荷载作用下节点域的受力和变形形式如图3所示，节点域受梁柱端影响而弯矩、剪力、轴力共存。这里需要强调的是，实际工程设计中，按照“强柱弱梁、节点更强”原则及构造要求，高层结构柱子壁板的厚度一般都大等于梁翼缘的厚度，节点域内隔板的厚度要求大等于梁翼缘的厚度，且要保证内隔板受拉时的净截面积大等于梁翼缘的截面积，同时，在节点域柱子的4块壁板之间及柱壁板与内隔板间均为熔透的对接焊缝连接，完全可以达到等强连接，这样一来，节点核芯区一般不发生破坏，破坏只会发生在较弱的梁端

5、。如图4为满足上[2，3]述特点的节点在试验后解剖开的节点域的情况，内隔板及周边的焊缝完好，未见屈服迹-1-http://www.paper.edu.cn象，核心区混凝土由于三向约束作用虽有裂缝但不会完全压溃；非线性有限元理论分析也表[3]明，当梁端完全屈服而形成塑性铰时，内隔板的Von.Mises应力尚远未达到屈服；从理论分析在极限荷载时节点域的主应力轨迹图可看出，主应力流主要集中在梁端，而内隔板中相对流畅（图5a），核心混凝土已明显形成以第三主压应力σ3为主的斜压短柱（图5b）。鉴于此，对满足前述构造要求的高层框架节点，因节点域内隔板的抗拉能力远大于

6、梁翼缘，且由于核心区混凝土的存在而节点域较梁端“强”的多，不可能发生内隔板先于梁端的屈服情况，所以，设计中只要保证了梁柱连接处梁端的抗弯承载力，节点域的抗弯承载力自然就能满足。从设计角度讲，节点的抗弯计算就变为了简单的梁柱连接处梁端的抗弯承载力计算。（a）水平荷载作用时（b）竖向荷载作用时（c）二者共同作用下的弯矩图2框架结构的弯矩内力示意图Fig.2DiagramformomentofframestructureNMcVcVbMbMbVbNVcMc图3节点的受力和变形图4试验后节点域内隔板和混凝土(a)内隔板和梁端主应力轨迹(b)节点域混凝土主应力轨迹

7、图5节点域内隔板、混凝土主应力轨迹Fig.3ForcesandFig4InternaldiaphragmandconcreteFig.5Principalstressfieldininternaldiaphragmanddeformationofjointofjointcorezoneaftertestconcreteofjointcorezone3节点梁柱连接计算的建议根据以上分析，对带内隔板的方钢管混凝土柱—钢梁节点的梁柱连接计算，参照现有各[1，4，5]规范提出如下建议：3.1对于非抗震和抗震设防为7度及以下框架结构的节点，或框架不是作为主要抗侧力

8、结构的体系（如“框架—筒体结构”、“框架—剪力墙结构”、“框架—支撑结构”等）时