钢骨混凝土转换梁柱节点的优化设计分析.pdf
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1、 第3 期 2 6 年3 月 广东土 木与建 筑 GU ANGDONG ARC HI T EC T URE CI VI L E NGI NE ERI NG N o 3 MA R 2 6 钢骨混凝土转换梁柱节点的优化设计分析 陈杨 泽 吴波 ( 华 南理 工 大 学土木 工程 系 广 州 5 1 0 6 4 0 ) 摘要: 结合某实际工程 , 通过有 限元分析 , 比较 了 3种类型梁柱节点对改善钢骨混凝土转换柱 大偏心 受力性能 的作用 并提 出一种优化方案 , 供 同类设计参考。 关键 词: 钢骨混凝 土:转换 梁柱节点 ;大偏心受压 ;有 限元分析 钢 骨混 凝 土转换 梁 以跨度 大 ,
2、 承 载力 高 等 特点 在高层结构 中被广泛应用 , 但是 由于其结构上 的特 殊性 转换梁的梁柱节点存在着与一般梁柱节点不 同的受力特性 ” , 钢骨混凝 土转换柱通常不向上伸 至主体 , 相对其轴压承载能力来说 , 其轴力较小 , 而 由于在节点处有较大的弯矩作用 , 使柱截面出现较 大的拉应力 , 同时局部压应力也相应增大, 因此转换 柱一般为大偏心压弯构件 , 在设计 中有效减少转换 柱大偏心的程度就显得非常重要。 1工 程概况 中国联通广东分公司广州综合通讯枢纽楼 , 位 于广州市黄埔大道西 , 地上 2 5层 , 地下 2层 , 总建筑 面积约 6 5万 m2 。根据建筑平面布置
3、及立面造型 的 需要 , 结合建筑使用功能要求 , 在裙楼屋面即第 1 0 层设 置结构 转换层 。转换梁 及其 相连 的转换 柱采 用 钢 骨 混 凝 土 结 构 ( 如 图 1 ) , 其中一条 钢 骨 混 凝 土 转 换 梁 跨 度 为 1 l m,截 面 为 1 7 0 0 x 1 4 0 0 , 转 换 柱 截 面 为1 4 O 0 1 2 o 0 采 用 C 3 5混 图1 钢骨混凝土转换梁示意图 凝土, 钢骨为 Q 3 4 5钢板拼制的工字型钢。 ( a )方案 柱 为了改善转换柱大偏心的受力状况 , 结合建筑 平面布置 , 本文提 出了 3种方案( 如图 2 ) : 在钢骨 混
4、凝土转换梁边延伸一跨 - 5 m、截面 1 4 o 0 8 o 0的 普通混凝土梁; 在普通混凝土梁中加设一段 L = 2 5 m 钢骨 , 将梁跨度延伸 5 0 , 以增加节点处延伸梁 的刚 度 , 梁截面为 1 4 0 0 8 0 0 , 钢骨 为 Q 3 4 5工字型钢 , 截 面为8 O O x 5 O O ; 在普通混凝土梁中全长加设钢骨形 成钢骨混凝土梁, 延伸梁和钢骨截面。如图 2所示。 2 杆 系分析 对上述 3种方案采用 P K P M系列 的 S A E软 件 在结构整体计算分析的基础上进行杆系层 面上 的初步分析 , 得出各方案转换柱的柱顶轴力和弯矩 设计值, 见表 1
5、。由此可见, 与方案相比, 方案、 的柱顶轴力有所增大, 柱顶弯矩有所减小, 对改善 柱 的大偏心受力状况均有作用 ; 虽方案 的受力改 善效果优于方案 , 但后者的梁用钢量最小且不需 将框架柱改为钢骨柱 , 因此具有较好的综合效果 。 表 1转换 柱 柱 顶 截 面 内力 方案 柱顶轴力 ( k N) 5 6 8 5 6 0 3 5 6 1 3 9 增 幅( ) 一 一 6 、 2 8 0 柱 顶 弯 矩 6 9 2 0 6 2 7 8 6 0 2 9 降幅 ( )9 、 3 1 2 9 柱 ( b )方案 ( c )方案 图 2钢骨混凝土转换梁、 柱立面布置方案 维普资讯 2 0 o 6
6、年 3 月 第 3 期 陈 杨 泽 等 : 钢 骨 混 凝 土 转 换 梁 柱 节 点 的 优 化 设 _分 堑 M A R 2 0 o 63 3 有 限元 分析 本 文 以杆 系分 析结 果 为 基 础 , 进 一步 深 人 进行 三维实体的 A N S Y S有限元分析, 以更准确地考虑各 方案的受力状态。 3 1 几 何模 型 采用 A N S Y S程序对节点建立有限元计算模型 , 其模型全图和截面网格划分 如图 3所示 , 本模型划 分网格单元后 。 共形成 3 8 4 9个单元和 3 1 6 8个节点, 包括钢骨单元 ( s o l i d 4 5 ) 、 混凝土单元( s o l
7、 i d 6 5 ) 、 钢筋 单元( 1 i n k 8 ) 分别为 4 9 7 , 1 8 0 0 , 1 5 5 2个。 ( a )梁柱节点 图 3 ( b )梁柱节点钢骨 计 算 模 型 3 2 材料本 构关 系和混 凝 土破坏 准则 钢 骨 和钢 筋均 采 用 理想 弹 塑性 本 构 模 型 ; 混凝 土轴 向受 压 的应力 一 应 变关 系采 用有 限元 分析 中广 泛采 用 的 H o n g n e s t a d模 型 3 。美 国学 者 H o n g n e s t a d 建议 , 混凝 土轴 向受压 的应 力 应 变 曲线 , 由上 升段 和下降段组成 。 其表达式分
8、别为式( 1 ) ( 2 ) , 为: 17 = 1 7 0 2 ( 兰 一) 一 ( 兰 一) ( 0 ) ( 1 ) 0 o e0 1 7 = 17 0 1 - 0 1 5 ( 二 一 ) ( 0 )( 2 ) u-o e0 式中: 。 为峰值应力 ; 0 为相应与峰值应力 0 时的 应变 , 可取 6 0 = 0 0 0 2 ; 为极 限压应变 , 取 3 x l C r 3 。 混凝 土 多轴 应 力下 的破 坏 准 则有 多种 表 达式 , 本文采用 Wi l l i a m a n d Wa r n k e五参数破坏准则。 3 - 3 加载方案及约束条件 有限元分析采用 S A E
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