新型钢管混凝土板柱节点弹性有限元受力分析.pdf
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1、 第4 期 2 O 0 8 年4 月 广东 土木与 建筑 GU ANGD0NG ARCHI T E C TU RE C I VI L E NGI NEE RI NG No 4 AP R 2 加8 新型钢管混凝土板柱节点弹性有限元受力分析 刘付钧 蔡健 ( 华南理工大学土木工程 系 广州 5 1 0 6 4 1 ) 摘要 : 对 于节点区内柱钢管不连通式钢管混凝土柱一 平板节点这一新型节点型式 采用 A B AQ U S软件 对其轴压 和偏压性能进行 系统的分析 , 研 究节点在 轴心 受压和偏 心受压情况下的应 力分布 。 探讨 不同构造方式对节点受力 性能的影响及节点的受力机理 , 为其实际
2、应 用提供参考。 关键词 : 钢 管混凝土柱 ;板柱节点;受力机理 ;有限元 分析 1 引言 钢管混凝土柱一 平板结构既能发挥板柱结构在 使用功能上 的灵活性 又可利用钢管混凝土柱在承 重方面优异 的力学性能 故 日渐受到结构工程师的 青睐 ” 。目前国内外关于钢管混凝土柱一 平板节点的 研究不多 现有的板柱节点 的思路均是保持钢管混 凝土柱沿全高贯通成整体 楼盖平板只能从柱子侧 面与其连接 主要依靠加强环板或连续钢筋来 实现 弯矩传递 , 而通过 牛腿 、 抗剪销等钢构件进行剪力传 递 , 节点构造较复杂 且对结构灵活布置的适应性较 差 。对预应力平板结构而言 , 还须在节点钢管上开 洞 ,
3、 以保证一定数量的预应力筋正交穿过节点 2 3 进 一 步加 大 了施 工难 度 本文提出的节点区柱钢管不连通式钢管混凝土 柱一 平板节点 其思路是保持混凝土平板楼盖的连 续性 各层楼盖在板柱交接处 的板面和板底与钢管 混凝土柱连接 为了避免节点区由于钢管不连通而 受到削弱 在柱头附近局部加厚楼板形成柱托板 。 通 过托板 内的混凝土和环 向钢筋约束节点核心混凝 土, 使其承载力达到或超过相应的钢管混凝土柱。 鉴 于该节点型式为新的设计思路 其结构受力性能较 复杂 笔者在前期试验研究的基础上 , 利用大型通用 有限元 软件 A B AQ U S对此新型节点在轴压和偏压 两种情况下 的受力性能进
4、行有限元数值模拟分析 。 弥补了试验中无法获得 的节点内部应力分布规律 并对节点的受力机理进行 了详细分析 。 从而进一步 明确钢管混凝土板柱节点的力学性能 。 其分析结果 可为该类节点设计提供有益的参考 2分析 模型 介绍 我们确定 了 7个节点分析模 型( 如 图 1 ) , 编号 分别为 A1 A 7 其主要变化参数有钢管在节点区构 造 、 下柱钢管是否深入节点内部 、 是否有钢筋 、 荷载 偏心率等。试件参数见表 1 。 ( a )试件平面 ( b )1 - 1 剖面( A 5 ) 图 1节点模 型示意图 表 1 模型 设计参数 注 )1 、 钢管截面 D t = 2 1 9 x 6
5、( m m) , 节点直径 5 7 9 m m; 2 、 试件 A 3 、 A 5 A 7的下柱钢管插入节点中 7 6 ram。 3节点 的有 限元模 拟及 结果 分析 3 1 模型的建立与求解 有限元模型中钢管柱和混凝土采用三维实体单 元( C 3 D8 R) , 柱身与节点区的钢筋采用嵌入式桁架 维普资讯 http:/ 维普资讯 http:/ 2 0 0 8 年4 月 第4 期 广东 土 木与 建筑 A P lR 2 0 憾 N o A 对本文研究的新型板柱节点而言 由于柱钢管在 节点区内不连通 ,这种约束力就主要靠柱帽和间接 钢筋来提供。为了研究钢管与柱帽对节点核心区混 凝土约束的强弱关
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