T型圆钢管节点abaqus图文建模教程
一．分析前准备：
注：1.长度单位m，时间单位s，力单位N。
2.该软件建模过程中最常用工具为菜单栏Viewpoint下的按钮，即转换视角。
3.点击鼠标中键和回车键表示确定，可代替手动点击Done，使操作更便捷。
4.该教程中未提到的操作均按系统默认操作，如命名规则。初学者后期熟练后可根据自己喜好和习惯更改。
点击Abaqus CAE，运行软件；点击Save Model Database ，将新建数据库保存在指定文件夹中；关闭
程序；在指定文件夹中打开新建的.cae程序。
分析前准备的目的是将静力，热学，热力耦合输出文件保存在指定文件夹中，不一定保存在系统指定的temp 文件夹中。
二．静力分析步骤：
1.Part（建立块）：Module默认为Part模块。
1）建立主管chord。点击（Create Part），弹出部件创建框，Name改为chord，Approximate size
取1（表示绘图范围大小为1m×1m），其他默认，点击Continue，显示绘图区域，点击左侧工具栏中的，建立主管截面:一.绘出外径圆。依次输入坐标（0,0）、（0.0795,0）；二.绘出内径圆。内圆半径由外圆半径减去主管厚度得到，依次输入坐标（0,0），（0.075,0）截面即建立完成。最后点击Done，弹出长度编辑窗口，在Depth中输入主管长度1.68m即可，主管建立完成。
2）建立支管brace。方法参照主管。
3）建立主管端板end1-con。点击（Create Part），弹出部件创建框，Name改为end1-con，Approximate size取1（表示绘图范围大小为1m×1m），其他默认，点击Continue，显示绘图区域，点击左侧工具栏中的，依次输入坐标（0，0）、（0.075，0），点击鼠标中键，弹出编辑框，在Depth中输入0.02，表示端
板厚度为20mm。
4）建立支管端板end2-bra。方法参照end1-con。
5）建立耳板erban。点击（Create Part），弹出部件创建框，Name改为end1-con，Approximate size 取1（表示绘图范围大小为1m×1m），其他默认，点击Continue，显示绘图区域，点击左侧工具栏中的，依次输入坐标（0，0）、（0.155，0.159），点击左侧工具栏中的，鼠标点取矩形左下角和右上角画出半
圆点击左侧工具栏中的，鼠标点取矩形左边中点，输入坐
标（0.02，0.0795）点击左侧工具栏中的选中矩形左边，删除左边，双击鼠标中建，输入0.015
2.Assembly（组装）：在Module下拉框中选择Assembly模块。
1）点击，按图1界面操作，点击OK。
图1
2）取主管，端板中点，便于节点的拼接。长按，在横向展开条中选择，就可以进行中点选取操作。
3）通过翻转、平移操作将节点拼装完成，如图2：
4）点击part名称默认part-1，点击continue选择主管和支管
5）在Module下拉框中选择Part模块。
在Part下拉框中选择part-1，长按，在横向展开条中选择（以延伸面切割），点击主管内表面，点击Done，将主管内支管部分切开，再点击，将多余部分移除，如图3：
6）选择assembly，依次添加进去end1-con（两次），通过翻转，平移
7）点击part名称默认part-2，点击continue上图部分，merge成part2 8）点击依次添加进去erban（四次）concrete，end2-con，通过翻转，平移
2.Property(赋予节点材料属性):在Module下拉框中选择Property模块。
1）点击，建立钢材料steel，定义Elastic，Plastic，2个属性，。点击，建立钢材料concrete，定义Elastic ，concrete damaged plasticity2个属性。
2）点击，定义截面，默认往下点。分别建立section-1（steel），section-2（concrete）
3）点击，将section-1（steel）赋予part2和erban，将section-2（concrete）赋予concrete
以上材料属性定义完成。
3.Mesh(划分网格)：在Module下拉框中选择Mesh模块。
图4
1）建立六个参考平面，用于切割主管和支管。菜单栏上依次选择Tools-Datum-Plane-3points，建立3个参考平面将主管和支管沿轴向切割；选择Offset from plane 建立三个参考平面将主管与支管沿横截面截断，位移值取默认0.2m。参考平面图如图5：
图5
长按，在横向展开条中选择，用参考点平面切割主管和支管，切割后图如图6所示：
图6
接下来长按选择，分别用主管和支管的外表面延伸面切割结构，如下图7：
图7
最后一步就是用支管和支管内表面延伸面切割。点击窗口上侧中间的按钮，部分隐藏单元，将主管和支管部分外表面隐藏，然后点击，选择内表面切割。如图8：
图8
注意：用支管内外表面切割时，要隐藏主管下部分，避免主管被支管延伸面切割，这样后期布种划分网格时单元能够划分得更加均匀。
点击，对节点布种，尺寸取0.02，指每隔20mm布种，其他值默认。如下图9：
图9
然后，点击，对交叉点周围部位加密布种，使计算更精确，布种尺寸取0.01，如图10所示：
图10
最后点击，划分网格，整体网格如图11：
图11
注意：如果划分网格出现错误，如有些单元无效，则因长按，在横向展开条中选择，将原网格擦出，再重新设置布种尺寸。
以上网格划分完成。
以同样的方式对erban和end2-bra ，concrete mesh
concrete混凝土：
end2-bra
erban
整体网格图：
4.Interaction:在Module下拉框中选择Interaction模块。
1）建立参考点。选择Tools-Datum-Point-Offset from point。选取主管左端板中点，坐标为（0.0，0.0，0.155），即沿z轴正方向偏移0.155m；选取主管右端板中点，坐标为（0.0，0.0，-0.155），即沿z轴负方向偏移0.155m；选取支管端板中点，坐标为（0.0，0.1，0.0），即沿y轴正方向偏移0.1m。
2）点击，建立参考点（Reference Point）,依次选择上步中所建的三个点，建立三个参考点RP-1，RP-2，RP-3。
3）点击，选择Coupling，建立点面耦合关系。对RP-1和主管左端板外平面来说，先点选RP-1，然后选择端板外表面，点按鼠标中键，在弹出窗口中点击OK，点面耦合即完成。
4）对于RP-2，先点选RP-2 ，然后选择其中的一个面，按住shift，再选择另外一个面，点按鼠标中键，在弹出窗口中点击OK，点面耦合即完成。
注：这里介绍一个选则平面的便捷方法：点选参考点后，点击命令Surface，点击黑色三角形，在下拉框中选择by angle，角度取0，然后点选左端板外表面即可。另外，当角度取90度时，可以选择整个T型钢管节点的外表面，这个后期将在热学分析中运用到。
5）菜单栏中选择Tools-Set-Create，弹出窗口中点击Continue，然后点选RP-1，建立点集Set-1，点集信息可在Tools-Set-Manager中看到。
6）菜单栏中选择Tools-surface-Create，依次建立12个面：suf-1-con-cho(混凝土外表面—与主管接触部分)，suf-2-cho-con（主管内表面-与混凝土外表面接触部分），suf-3-con-end1（混凝土端面—混凝土与端板1接触部分），suf-4-end1-con（端板1表面-与混凝土接触部分），suf-5-con-end2（混凝土端面—混凝土与端板2接触部分），suf-6-end2-con（端板2表面-与混凝土接触部分），suf-7-end1-er1（端板1表面-与erban1
接触部分），suf-8-er1-end1（erban1表面-与端板1接触部分），suf-9-end2-er2（端板2表面-与erban2接触部分），suf-10-er2-end2（erban2表面-与端板2接触部分），suf-11-bra-end（支管表面-与支管端板接触部分），suf-12-end-bra，（支管端板表面-与支管接触部分）
7）点击，按如图所示创建
点击，按如图所示创建：
点击类型选择tie，参数设置如下：
点击按如图所示创建：
5.Step（建立分析步）：在Module下拉框中选择Step模块。
1)点击（Create Step），建立分析步Step-1，选择Static,General，点击Continue，弹出如图12所示Edit Step窗口：参数设置如下：
图12
如上图，Incrementation中参数如图13：
图13
点击OK，分析步Step-1建立完成。
2）建立y轴反力历史输出变量。菜单栏中选择Output-History Output Requests-Manager，弹出管理窗口，点击Edit，弹出编辑窗口，在Domain下拉框中选择Set，选择反力输出变量时依次点击黑色三角形，参数配置如下，点击OK。选择方式如图14：
图14
注：History Output和Field Output的区别是，后者是节点所有单元的位移、应力、反力等数据的集合，前者相当于是后者的子集，即前者的数据是由系统通过点集Set-1从后者中直接提取出来的。建立History Output的目的在于更便捷地直接获取想要的数据。
9.Load（施加边界条件及外力）：在Module下拉框中选择Load模块。
1）施加边界条件。首先主管左端板固接：点击，弹出创建框，名称默认，Step选择Initial，分析步类型选择Displacement/Rotation，点击Continue，点选模型上的参考点RP-2确认后弹出边界条件编辑框，设置如图15：
图15
上图表示表示6个位移量都为零，端板为固接，然后点击OK，左端板边界条件施加完成。建成后如图16：
图16
主管右端板边界条件为特殊的固接，即除了允许主管在z方向有位移外，其他5个位移都置零。其边界条件建立方法如上，唯一不同的是去掉U3前方框中的小勾，其他不一一赘述。
2）施加外力。由于静力分析首要目的是计算节点极限承载力Fu，我们在不知道极限承载力范围的情况下很难确定承载力的大小。为了有效获得极限承载力，本文中采用施加位移的方法代替施加力，在节点失稳时，可由对应的位移得到该节点的常温下极限承载力。
首先，点击，弹出边界条件创建框，名称默认，分析步Step选择Step-1，类型同样选Displacement/Rotation，点Continue，点选RP-3，确定，弹出编辑窗口设置如图17：
图17
点击OK即可。上图中U2取-0.05指沿y轴负方向施加50mm的位移。设置完成后RP-3上会出现一个向下的红色箭头，表示施加的力方向向下。
边界条件和外力设置完成。
10.Job（提交工作）：在Module下拉框中选择Job模块。
首先，点击（Create Job），Continue，弹出Edit Job窗口，如果学习者电脑为4核或以上处理器，则在Parallelization中勾选Use multiple processors，将2改为4或其他。这样可以充分利用电脑性能，提升运算速度。然后点击OK，工作即建立。
其次，点击旁边的Job Manager管理器如图18：
图18
一切准备就绪后，点击Submit将工作提交就OK啦，工作提交后可点击Monitor观测静力计算过程，同时注意Status观察计算状态，如果是Submitted表明工作正在提交中，如果是Running表明程序在正确运行，等待结果Results即可，如果出现Completed表明已算完，如果出现Aborted，则表明程序出错，应根据提示分析原因返回修改再次提交。
11.Visualization（可视化，数据后处理）：在Job Manager中点击Result，界面自动跳转到Visualization 模块。
1）变形应力云图。点击可得到钢管节点变形应力云图，如图19：
图19
2）重影效果。长按，在横向展开条中选择，可得到钢管节点变形前和变形后的应力云图，如图20：
论述钢管混凝土柱的几种常用节点形式 发表时间：2015-09-25T11:20:14.227Z 来源：《基层建设》2015年6期供稿作者：史绍鑫郭丽丽 [导读] 齐齐哈尔龙铁建筑安装股份有限公司钢管混凝土柱是以钢管和混凝土两种建筑施工材料相互配合形成的复合材料。 史绍鑫郭丽丽 齐齐哈尔龙铁建筑安装股份有限公司 摘要：随着建筑物朝着高层、超高层的方向不断发展，钢管混凝土凭借其良好的力学性能和耐久性得到工程施工人员的关注。但具体工程施工中，钢管混凝土柱节点施工质量一直难以得到有效控制，成为严重制约这一混凝土施工技术推广及普及主要因素。本文就钢管混凝土柱的集中常见节点施工形式进行分析。 关键词：钢管混凝土；建筑结构；施工技术；节点形式 近年来，建筑高层化、多层化和超高层化趋势越来越明显，给各种施工新技术、新材料的应用提供了市场基础。钢管混凝土在这种时代背景下以优良的力学性能、较好的耐久性等优势被人们重视，但在具体施工中梁柱节点施工问题一直是制约其发展与推广的主要问题。节点作为建筑结构连接最薄弱的环节之一，确定结构设计合理与否是施工质量控制的重点，因此在这里我们有必要对此类施工技术分析。 一、钢管混凝土柱施工优越性 钢管混凝土柱是以钢管和混凝土两种建筑施工材料相互配合形成的复合材料，这种材料由于钢管柱与混凝土两种材料性能的优势互补，充分发挥两种材料各自的优越性能来改变传统混凝土结构塑性、韧性不佳问题，同时有效避免了局部屈曲的问题，使得整个混凝土结构承载力、塑性和韧性得到有效的保证。在当今建筑工程项目中，钢管混凝土柱施工技术广泛的应用在地震频率较高的地区，有效解决了因为地震荷载而引起的建筑物脆性破坏，大幅度提升了建筑结构的整体强度、降低了工程造价。 二、钢管混凝土柱常见的节点形式与施工要点 由于钢管混凝土柱与普通梁板结构连接、预应力梁板连接结构复杂，施工难度大、质量问题多，因此一直以来这一施工内容都深受业界重视，由此也促使了很多节点施工新方法、新内容形成。在当今节点施工中常见的方法包含了加强环式节点、连接双梁式节点、梁端局部加宽式节点、环梁式节点、半穿心式节点等。 1、加强环式节点 （1）加强环式节点是钢管混凝土柱在施工中利用上下钢板加强环传递结构弯矩应力的一种施工方法，同时在一些特殊环境的工程施工中还会在加强环之间设置放射状的加劲肋板，并且将加劲肋板同上下加强环结构焊接成一个整体，从而达到应力科学、合理传递的目的。在这种节点施工当中，加强环的厚度、宽度是根据梁端纵筋的强度为标准的，且最小宽度不能小于连接宽度的70%。 （2）加强环式节点施工技术在应用中具备着刚度大、承载能力强且无需要其他部件穿过结构的一种施工方法，因此在具体的工程施工中特别适用于那些直径小、承载力低的工程建设领域。尤其在那些多层建筑结构施工中，这种节点施工方法的选择能实现钢管混泥土柱一次浇筑成型的施工要求，且由于管道内部不存在障碍物，使得整个混凝土柱的质量得到有效保证。 （3）在施工中，如果钢管的直径比较大的时候，加强环式节点施工方法选用上要做一定的改动，要增加钢板加强环的钢材用量。同时还需要注意，由于梁端的纵筋和钢板之间本身的焊接工作量大，因此要高度重视焊接工作及焊接缝的控制。 2、连接双梁式节点 （1）连接双梁式节点在应用中通常都提前设置一个I形状的承载钢柱，这一钢柱通常都是在钢管外侧沿着应力传递方向配合梁体结构主筋浇筑同步进行的。在具体施工操作中，钢筋混凝土梁结构必须要一分为二，且分别布置在钢管的两侧，这个时候连接梁的四个主轴方向的轴端只是承担荷载力度，而不承担弯矩力和其他应力，其牛腿的抗弯强度也并不是很大，有效减少了节点区域钢管、混凝土的连接宽度，也避免了钢管混凝土柱混凝土施工缝的出现，有效的缓解了裂缝的出现率，提高节点区域的整体性和质量。 （2）连接双梁式节点梁的纵向钢筋无须穿过钢管，不用打弯，施工方便；且楼板的实际跨度减少，配筋较省。 （3）这种节点是通过牛腿传递剪力的，应力较集中。 3梁端局部加宽式节点 （1）梁端局部加宽式节点是以纵向钢筋连续绕过钢管的构造形式来实现的。在开始加宽处须增设附加箍筋将纵向钢筋包住，梁端局部加宽式节点的钢牛腿与普通钢筋混凝土梁的搭接过渡区能可靠传递梁端内力，钢牛腿既参与抗弯又参与抗剪。 （2）本节点传力途径明确、可靠，现场焊接量少，施工较为方便。 （3）这种节点均通过牛腿传递剪力，应力较集中。 4、环梁式节点 环梁式节点是对钢板加强环节点的改进，其形式是绕钢管设置一钢筋混凝土环梁用于传递弯矩；在环梁中部或底部钢管外表面贴焊一环形钢筋，用于传递剪力。 4.1、环梁式节点与加强环节点的异同 （1）节点不设置任何穿心构件，梁端剪力经管壁间接传递给核心混凝土；梁端纵向钢筋的拉力亦为间接传递。 （2）不同点是加强环式节点的加强环及加劲肋用钢板制作，加强环与梁端纵向钢筋需现场焊接；而环梁的材料是钢筋混凝土，与楼层梁板整体浇筑，框架梁的纵向钢筋可锚固在环梁内，无须现场焊接，施工方便，造价低。 4.2环梁式节点的缺点 （1）由于框架梁端弯矩是通过环梁间接传递的，环梁顶面的裂缝方向大体与框架梁的轴线垂直，且在框架梁与环梁的连接处，存在应力集中现象；钢筋混凝土梁材料为各向异性，若无加强措施，某些截面可能会过早破坏或出现较大的裂缝。 （2）由于梁端剪力亦为间接传递，即通过抗剪环筋及其贴焊焊缝传给管壁，再经管壁传给核心混凝土，当环梁出现裂缝或局部破坏时，抗剪环筋的抗剪承载力将大幅度减低。 5、半穿心式节点 半穿心式节点的特点是采用半穿心抗剪暗牛腿和在角部增设4个抗弯牛腿。牛腿的腹板深入钢管四分之一管径即可满足锚固要求；当柱
钢管混凝土柱环梁节点及其应用 摘要：本文介绍了钢管混凝土柱环梁节点的构造和基本受力机理。通过合理设计，环梁节点能有效地传递框架梁端的剪力和弯矩，具有良好的变形能力和耗能能力，可以实现“强节点、弱构件”的抗震概念设计。简要介绍了环梁节点的设计方法及其在房屋建筑中的应用。 关键词：钢管混凝土柱环梁节点房屋建筑 一、引言 钢管混凝土柱作为一种性能优异的结构构件，与钢筋混凝土柱和钢柱相比，在许多方面有突出的优点。目前，用于我国房屋建筑中的钢管混凝土柱与混凝土梁连接节点的主要形式有：上下环板牛腿式、双梁式、梁端局部加宽式、对穿暗牛腿式、穿心钢筋暗牛腿式、暗牛腿-环梁组合节点、钢筋混凝土环梁节点等。这些节点形式各有优越性和不足,都已有一定的试验研究。 二、环梁节点的构造形式及特点 钢筋混凝土环梁节点的构造形式是在环梁高度范围内，沿钢管壁贴焊一道（或两道）钢筋作为抗剪环。抗剪环为通过连续的双面焊缝牢固焊于钢管壁上的闭合钢筋环或闭合带钢环。钢筋直径d或带钢厚度b一般在20-30mm左右。抗剪环与环形牛腿一样，实为钢管柱的环形凸缘（法兰盘）。基于与环形牛腿同样的考虑，沿抗剪环需设置与楼盖结构等厚的闭合混凝土环梁或与之相当的混凝土托盘，与钢管柱紧密箍抱，楼盖粱的纵筋则锚固于环梁内，借助环梁传递弯矩。 该节点节点无需穿心构件；钢管内、外无需设置加劲环，不影响钢管内混凝土浇注；环梁箍筋无方向性，便于与任意角度的混凝土梁连接。 三、环梁节点的受力机理 1、梁端剪力传递 框架梁梁端剪力主要通过三个途径传递给钢管混凝土柱： （1）通过环梁混凝土与抗剪环接触面的局部承压作用力将剪力由环梁传递到抗剪环上，并通过抗剪环与钢管间的焊缝将剪力传递到钢管上。由于抗剪环钢筋直径一般不大，由剪力引起的对钢管壁的局部弯矩很小。由于焊缝作用力可以保证，设计时以抗剪环的作用力为主进行抗剪验算。 （2）环梁混凝土与钢管之间的粘结作用。粘结作用力虽然很大，但在地震作用下难以保证，一般不予考虑，仅作为安全储备。
钢管混凝土ABAQUS建模过程 Part模块 一、钢管 1.壳单元 概念：壳单元用来模拟那些厚度方向尺寸远小于另外两维尺寸，且垂直于厚度方向的应力可以忽略的的结构。以字母S开头。轴对称壳单元以字母SAX开头，反对称变形的单元以字母SAXA开头。除轴对称壳外，壳单元中的每一个数字表示单元中的节点数，而轴对称壳单元中的第一个数字则表示插值的阶数。如果名字中最后一个字符是5，那么这种单元只要有可能就会只用到三个转动自由度中的两个。 2.壳单元库 一般三维壳单元有三种不同的单元列示： ①一般壳单元：有限的膜应变和任意大的转动，允许壳的厚度随单元的变形而改变，其他壳单元仅假设单元节点只能发生有限的转动。 ②薄壳单元：考虑了任意大的转动，但是仅考虑了小应变。 ③厚壳单元：考虑了任意大的转动，但是仅考虑了小应变。 壳单元库中有线性和二次插值的三角形、四边形壳单元，以及线性和二次的轴对称壳单元。所有的四边形壳单元（除了S4）和三角形壳单元S3/S3R采用减缩积分。而S4和其他三角形壳单元采用完全积分。 3.自由度 以5结尾的三维壳单元，每一节点只有5个自由度：3个平动自由度和面内的2个转动自由度（没有绕壳面法线的转动自由度）。然而，如果需要的话，节点处的所有6个自由度都是可以激活的。 其他三维壳单元在每一节点处有6个自由度（三个平动自由度和3个转动自由度）。 轴对称壳单元的每一节点有3个自由度： 1 r-方向的平动 2 z-方向的平动 3 r-z平面内的平动 4.单元性质 所有壳单元都有壳的截面属性，它规定了壳单元的材料性质和厚度。 壳的横截面刚度可在分析中计算，也可在分析开始时计算。 ①在分析中计算：用数值方法来计算壳厚度方向上所选点的力学性质。用户可在壳厚度方向上指定任意奇数个截面点。 ②在分析开始时计算：根据截面工程参量构造壳体横截面性质，不必积分单元横截面上任何参量。计算量小。当壳体响应是线弹性时，建议采用这个方法。 5.壳单元的应用
高层建筑中使用的钢管混凝土柱主要是圆形截面的，但有时也会采用其他截面型式而形成异型柱。我国对圆形截面钢管混凝土柱已有深入的系统研究 和实践经验［!，"，#］，而对异型截面柱的研究则比较少， 应用也还不很多。 钢管混凝土柱与楼盖连结的节点，是实际应用中的一个重要部分。当它与钢结构楼盖连结时，构造比较简单，但与钢筋混凝土楼盖连结时则比较复杂，甚至影响了对它的使用，因此不少单位开展了这方面的研究，并已取得了可观的成果，提出了多种多样 的节点形式，为在高层建筑中推广应用钢管混凝土柱提供了更广阔的空间。 本文主要就高层建筑中所采用的钢管混凝土柱及其节点的形式和应用作一扼要的综合介绍。 !钢管混凝土柱 我国在改革开放以来，高层建筑在数量上不断增加，高度也不断加高，而建造高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构，结构自重很大，随着建筑高度的增 !好世界广场大厦"新中国大厦 图" 采用钢管混凝土柱的高层建筑 #赛格广场 $合银大厦"概述 钢管混凝土是在钢管中填充混凝土，利用钢管 对填心混凝土的套箍作用，使核芯混凝土受纵向压力时处于三向受力状态，从而提高其轴向抗压能力。钢管混凝土结构除强度高外，还有重量轻、延性好、 耐疲劳和冲击、省料和施工方便等优点［!］ 。 由于钢管混凝土结构具有上述优点，因此在民用和工业建筑、桥梁和地铁等工程中得到广泛的应用。近年来，随着我国高层建筑的发展，利用钢管混凝土作为其主要承重柱的也逐渐增多。 在高层建筑中使用钢管混凝土柱具有其特殊优 点：用钢管混凝土柱代替普通钢筋混凝土柱，可以使柱截面大大缩小，而且可以提高抗震性能，方便施工等；利用钢管混凝土柱代替钢结构中的钢柱，可以减少用钢量，加强结构刚度；在高层建筑多层地下室的逆作法施工中，它更充当重要的角色。广州市的好世界广场大厦（##层，图!$），新中国大厦（%&层，图!’），合银大厦（("层，图!)），深圳的赛格广场（*"层，图!+） 等大型高层建筑，都以不同的形式采用了钢管混凝土柱，部分还将之构成内框筒或用于逆作法建造多层地下室，在技术上和经济上均取得很好的效果。 高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点 容柏生 ,广东省建筑设计研究院 广州%!--!-. 摘 要：我国一些高层建筑采用了钢管混凝土柱，取得了较好的技术和经济效果。本文主要综合介绍用于高层建 筑的钢管混凝土柱及其节点的形式，供设计时参考。关键词：高层建筑；钢管混凝土柱；钢管混凝土柱节点 广东土木与建筑 /012/342/156789:6905:68;8<:2/82::582/!##!年"月 第"期=12!##! 2>?"#
高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点 摘 要：我国一些高层建筑采用了钢管混凝土柱，取得了较好的技术和经济效果。本文主要综合介绍用于高层建 筑的钢管混凝土柱及其节点的形式，供设计时参考。关键词：高层建筑；钢管混凝土柱；钢管混凝土柱节点 在高层建筑中使用钢管混凝土柱具有其特殊优 "概述 钢管混凝土是在钢管中填充混凝土，利用钢管 点：用钢管混凝土柱代替普通钢筋混凝土柱，可以使柱截面大大缩小，而且可以提高抗震性能，方便施工等；利用钢管混凝土柱代替钢结构中的钢柱，可以减少用钢量，加强结构刚度；在高层建筑多层地下室的逆作法施工中，它更充当重要的角色。广州市的好世界广场大厦（##层，图!$），新中国大厦（%&层， 图!’），合银大厦（("层，图!)），深圳的赛格广场（*"层，图等大型高层建筑，都以不同的形式采用了钢管混!+） 凝土柱，部分还将之构成内框筒或用于逆作法建造多层地下室，在技术上和经济上均取得很好的效果。 对填心混凝土的套箍作用，使核芯混凝土受纵向压力时处于三向受力状态，从而提高其轴向抗压能力。钢管混凝土结构除强度高外，还有重量轻、延性好、［!］ 耐疲劳和冲击、省料和施工方便等优点。 由于钢管混凝土结构具有上述优点，因此在民用和工业建筑、桥梁和地铁等工程中得到广泛的应用。近年来，随着我国高层建筑的发展，利用钢管混凝土作为其主要承重柱的也逐渐增多。 !
好世界广场大厦" 新中国大厦 图" $合银大厦#赛格广场 采用钢管混凝土柱的高层建筑 高层建筑中使用的钢管混凝土柱主要是圆形截面的，但有时也会采用其他截面型式而形成异型柱。我国对圆形截面钢管混凝土柱已有深入的系统研究［!，"，#］和实践经验，而对异型截面柱的研究则比较少， 的节点形式，为在高层建筑中推广应用钢管混凝土柱提供了更广阔的空间。 本文主要就高层建筑中所采用的钢管混凝土柱及其节点的形式和应用作一扼要的综合介绍。 应用也还不很多。 钢管混凝土柱与楼盖连结的节点，是实际应用中的一个重要部分。当它与钢结构楼盖连结时，构造比较简单，但与钢筋混凝土楼盖连结时则比较复杂，甚至影响了对它的使用，因此不少单位开展了这方面的研究，并已取得了可观的成果，提出了多种多样 我国在改革开放以来，高层建筑在数量上不断增加，高度也不断加高，而建造高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构，结构自重很大， !钢管混凝土柱 !""!年#月第#期容柏生：高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点 1@A!""!AB)# 加，柱的轴压力就越大，加上抗震设防的需要，为保证构件的延性，有关规范对钢筋混凝土柱均有控制轴压比（!"!#$"）的要求，同时混凝土的强度等级只做到#$"或再高一些，
钢管混凝土的应用及节点处理 The Application of Concrete Filled Steel Tube and Nodes Processing ■ 赖广宇 ■Lai Guangyu [摘 要] 本文介绍了钢管混凝土结构的特点、单一应力状态下的承载力计算，以及结构设计中常用柱、梁节点—环形牛腿承载力计算。 [关键词] 钢管混凝土 承载力 节点 设计 [Abstract] This paper introduces the characteristics of steel-tu- be concrete structure, calculation of bearing capacity of single should stress, and calculation of common column, beam node annular bracket bearing capacity in structure design. [Keywords] concrete filled steel tube, bearing capacity, node, design 一、 钢管混凝土的特点 钢管混凝土是钢管套箍混凝土（Steel Tube- Confined Concrete）的简称，英文缩写为STCC。钢管混凝土在承受纵向压力的初期，核心混凝土的横向变形比钢管的横向变形小，混凝土与钢管独自承受纵下压力，属于各自单轴受压应力状态。当刚才应力超过比例极限后，混凝土的横向变形超过钢材，横向变形受到的钢管的约束，使混凝土处于三向受压应力状态，提高了混凝土的抗压强度。另一方面，混凝土的存在可以避免或延缓薄壁钢管过早地发生局部屈曲，同时，钢管也处于三向应力状态，纵向及径向受压，环向受拉，刚才的屈服强度有所降低，而极限应变却增大，即强度变低，塑性变形能力增大。因此，通过两种材料组合相互弥补了彼此的弱点，充分发挥彼此的长处，从而使钢管混凝土具有很高的承载力，大大高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土承载力之和，并且使混凝土的塑性和韧性性能大为改善。 钢管混凝土构件受压时，由于产生紧箍效应，核心混凝土的抗压强度大大提高，而钢管又能较充分的发挥强度，因而构件的抗压承载力高。实验证明，圆形钢管混凝土整个构件的抗压承载力约为钢管和混凝土单独承载力之和的1.7～2.0倍，方形钢管混凝土则为1.1～1.5倍。与传统的钢筋混凝土结构相比，具有承载力高、重量轻、塑性韧性好、耐疲劳、耐冲击、施工方便及节省水泥木材等优点。 1. 具有良好的塑性和韧性 一般情况下，单纯受压的混凝土的破坏属于脆性破坏，但混凝土在钢管的约束下，不但提高和扩大了混凝土的弹性工作性能，而且破坏时会产生很大的塑性变形，除此外，钢管混凝土还具备有良好的延性，因此，对于钢管混凝土柱的轴压比限制将大为放宽，非常适合在有抗震要求的地方使用。 2. 施工简便 钢管本身就是耐侧压的模板，因而浇灌混凝土时，可省去支模、拆模的工序，尤其适合应用于地铁结构施工盖挖逆做法工序。钢管本身又是劲性承重骨架，在施工阶段它可起劲性骨架的作用，其焊 接工作量远比一般型钢骨架为少，吊装质量较轻， 从而可简化施工安装工艺、节省脚手架、缩短工期、 减少施工用地。在寒冷地区、冬季也可以安装空钢 管骨架，开春后浇筑混凝土，施工不受季节的限制。 3. 经济效应突出 与钢筋混凝土柱相比，钢管混凝土无需模板， 节约混凝土50%以上，减轻结构自重50%以上，并可 减少钢筋混凝土柱尺寸50～60%，同时增加建筑的 使用面积，加快施工进度，而钢材用量和造价大体 相等。 二、 钢管混凝土的应用 鉴于钢管混凝土的诸多优点，其越来越多地被 应用在了桥梁、高层建筑及地铁车站的建设中。特 别是地铁车站，这是我国最早采用钢管混凝土结构 技术的工程项目。它可以减小柱子的截面尺寸，有 效提高地铁空间的利用率。而且，近年来，在交通 繁忙的城市中心修建地铁车站多为浅埋式的，具有 多层功能的地下建筑，为了减少施工活动对城市生 活的干扰和对地上交通以及邻近建筑的影响，必须 将过去的明挖法顺做法施工改为盖挖逆做法施工。 所谓盖挖逆做法施工就是在顶盖保护下进行开挖， 按从顶至底的顺序施工车站结构，而顶盖上的地面 仍保证正常的交通进行。为此，必须在土方开挖前 建设置好车站顶盖的中间支撑柱，在此情况下，采 用钢管混凝土柱作为中间支撑柱便成为最优的选 择，它将临时柱与永久柱合而为一。由于具有良好 的经济效应，钢管混凝土结构被越来越多的应用于 地铁车站结构中，例如武汉地铁四号线中山北路站、 中南路站，以及地铁二号线的江汉路站等。 三、 钢管混凝土的节点设计 钢管混凝土结构应用越来越广泛，但是对它的 关键部位还是要仔细处理，整个结构最重要的部位 就是梁柱节点，它的设计计算成为重中之重。钢管 混凝土柱/梁节点设计包括梁端的剪力和弯矩传递 两部分，而剪力传递又分为钢管外部传递和钢管内 部传递两类。所谓的钢管内部剪力传递，就是将钢 管壁所承受的剪力传递于核心混凝土。 1. 节点弯矩传递构造 为保证钢管对核心混凝土的套箍作用不被削 弱，在钢管壁上不应直接施焊受拉钢筋。柱/梁节点 处的梁端不平衡弯矩M应转化为以压力方式作用于 钢管柱上的力偶D来实现其传递（见图1） 。 图1 梁端弯矩的传递方式 2. 节点剪力传递构造 钢管混凝土柱的剪力传递构造主要包括承重销 （穿心牛腿）、环形牛腿（不穿心牛腿）和抗剪环（环 形凸缘）三种构造形式。以下主要介绍地铁车站结 构设计中常用梁/柱节点—环形牛腿构造形式（见图 2）。 为简化计算，对梁/柱节点的计算模型，作以下 偏于安全的假设。 （1）在作剪力传递时，不计楼盖混凝土与钢管 柱接触面之间的粘结力。 （2）在作弯矩传递时，视加强环与环筋为独立 环带，不考虑其邻域钢管壁的共同作用，以免削弱 钢管的套箍能力。 图2 中梁与柱节点图 3. 环形牛腿承剪能力计算 （1）环形牛腿支承面上的混凝土局部承压强度 所决定的牛腿抗剪承载力设计值 V u1=π（D + b）bβf c β——混凝土局部承压强度提高系数，偏于保 守地取β=1；D——钢管柱的外径；b——环板的宽度。 （2）肋板抗剪强度所决定的牛腿承载力设计值 V u2=nh w t w f v n——肋板的数量；h w——肋板的高度；t w——肋 板的厚度；f v——钢材的抗剪强度设计值。 （3）肋板与管壁连接的焊缝强度所决定的牛腿 承载力设计值 V u3=Σl w h e f f w Σl w——角焊缝的计算总长度；h e——角焊缝的 计算高度；f f w——角焊缝的抗剪强度设计值。 （4）牛腿上部混凝土直剪（冲切）强度所决定 的牛腿承载力设计值 V u4=π（D+2b）l×2f t l——直剪面的高度；f t——楼盖混凝土的抗拉 强度设计值。 （5）上下加强环板环向抗拉（压）强度所决定 的牛腿承载力设计值 （下转第182页） 74
1、建立PART 建的圆是半径 主支管 混凝土端板 2、输入材料 混凝土材料：损伤塑性模型，注意单位的对应，弹性模量参考ACI318-05（2005）中的混凝土弹性模量计算方法，取E=4700( f ’c)1/2(MPa)，f ’c为混凝土的圆柱体轴心抗压强度f ’c=0.79f cu,k； f cu,k为立方体抗压强度标准值；混凝土弹性阶段泊松比为0.2。
塑性行为：膨胀角，偏心率等都为默认值 受压行为：用韩林海老师的程序算出
受拉行为： ABAQUS提供了三种定义混凝土受拉软化性能的方法：1.、混凝土受拉的应力-应变关系；2、采用混凝土应力-裂缝宽度关系；3、混凝土破坏能量准则即应力-断裂能关系。分别对应软件的STRAIN, DISPLACEMENT, GFI。其中，采用能量破坏具有更好的收敛性。 断裂能确定：对于C20混凝土，断裂能为40 N/m ；对于C40混凝土，断裂能为120 N/m ；中间插值计算。开裂应力近似按下式确定：应力=0.26*（1.25*f ’c）2/3 ；也可使用韩林海老师的计算软件算的受拉应力—应变关系。 钢材材料普通定义 3、组装：T型钢管和混凝土两个PART可以先分别画网格然后进行组装 4、荷载步：建立多个荷载步，第一个荷载步施加非常小的力荷载，让接触平稳建立，第二个荷载步施加位移荷载，进行求解。初始步要小。关闭大变形效应比较好收敛。
5、建立接触： 接触面之间的相互作用包含两部分：一部分是接触面之间的法向作用，另一部分是接触面之间的切向作用。切向作用包括接触面之间的相对滑动和可能存在的摩擦剪应力。两个表面分开的距离称为间隙（CLEARANCE）。当两个表面之间的间隙变为0时，在ABAQUS 中施加了接触约束。在接触问题的公式中，对接触面之间可以传递的接触压力的量值未做任何限制。当接触面之间的接触压力变为0或负值时，两个接触面分离，并且约束被移开。这种行为代表了硬接触。接触性质
钢管混凝土单肢柱承载力验算 摘要:钢管混凝土构件已经被广泛应用于土木工程，在工程中的应用主要采用单肢柱的形式，本文主要介绍了单肢柱的理论计算方法，此外，基于钢材和混凝土的本构关系，采用ABAQUS 有限元软件对两端铰支的轴压钢管混凝土进行数值计算，并将数值解与理论值进行了对比，验证了ABAQUS建模的合理性和准确性。 关键词:钢管混凝土；单肢柱；ABAQUS软件 Calculation of bearing capacity of concrete filled steel tube columns Abstract:Concrete filled steel tubular members has been widely used in civil engineering, application in engineering mainly adopts the form of single limb column. This paper mainly introduces the theoretical calculation method of single limb column, in addition, based on the constitutive relation of steel and concrete, using ABAQUS finite element software on both ends of the hinge shaft support pressure steel pipe concrete numerical calculation, and the numerical solution was compared with the theoretical value, to verify the accuracy and reasonableness of the ABAQUS modeling. Key words:concrete-filled steel tubes;Single limb column;ABAQUS software; 1 概述 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，按截面形式的不同，可以分为圆钢管混凝土，方形、矩形和多边形截面钢管混凝土等，其中圆形截面和矩形截面钢管混凝土结构应用较为广泛。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，即钢管对其核心混凝土的约束作用，使混凝土处于复杂的应力状态之下，不但提高了混凝土的抗压强度，而且还使其塑性和韧性性能得到改善。混凝土塑性、韧性的改善使本属于脆性的材料转变为塑性材料，而且避免和延缓钢管过早地发生局部屈曲，从而提高了结构的可靠度、强度，又节省了材料，降低了造价。通过钢管和混凝土组合而成为钢管混凝土，不仅可以弥补两种材料各自的缺点，而且还能充分发挥二者的优点[1]。在我国，钢管混凝土的应用领域主要在：1)单层和多层厂房；2)大跨度桥梁工程(主要是拱桥的拱肋)；3)高层和超高层建筑； 4)设备构架柱、各种支架柱和栈桥柱；5)地铁站台柱；6)送变电杆塔；7)桁架压杆；8)空间结构；9)桩[1]。 2单肢柱承载力两种理论规程计算
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920214392.X (22)申请日 2019.02.19 (73)专利权人 山东兴华建设集团有限公司 地址 266555 山东省青岛市黄岛区漓江西 路679号 (72)发明人 赵文涛 陈相宇 马岚 李志生 曲美娟 (74)专利代理机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252 代理人 陈海滨 (51)Int.Cl. E04B 1/30(2006.01) E04B 1/58(2006.01) (54)实用新型名称 一种装配式钢管混凝土组合节点结构 (57)摘要 本实用新型公开一种装配式钢管混凝土组 合节点结构，包括异形混凝土柱机构、悬挑梁、第 一H型钢梁和加固组件，异形混凝土柱机构包括 第一方钢管和第一槽钢柱，多个第一方钢管连接 成异形方管组件，第一槽钢柱与异形方管组件焊 接，第一槽钢柱上开设有第一槽口和第二槽口； 悬挑梁包括上悬板、下悬板和中立板，上悬板和 下悬板之间连接中立板；上悬板的前部卡接到第 一槽口内并与第一槽钢柱固连，下悬板的前部卡 接到第二槽口并与第一槽钢柱固连；第一H型钢 梁的中部连接有伸出板，第一H型钢梁通过伸出 板与中立板相连，第一H型钢梁通过加固组件连 接上悬板和下悬板。该节点结构整体的抗震性能 优越，能显著提高钢框架结构的延性和耗能能 力。权利要求书1页 说明书4页 附图5页CN 209891402 U 2020.01.03 C N 209891402 U
权 利 要 求 书1/1页CN 209891402 U 1.一种装配式钢管混凝土组合节点结构，其特征在于，包括异形混凝土柱机构、悬挑梁、第一H型钢梁和加固组件，异形混凝土柱机构包括第一方钢管和第一槽钢柱，多个第一方钢管连接成异形方管组件，第一槽钢柱的开口端与异形方管组件焊接，第一槽钢柱的侧端面上开设有第一槽口和第二槽口； 悬挑梁包括上悬板、下悬板和中立板，上悬板的中部和下悬板的中部之间连接中立板；上悬板的前部卡接到第一槽口内并与第一槽钢柱固连，下悬板的前部卡接到第二槽口并与第一槽钢柱固连； 第一H型钢梁的中部连接有伸出板，第一H型钢梁通过伸出板与中立板相连，第一H型钢梁通过加固组件连接上悬板和下悬板。 2.根据权利要求1所述的一种装配式钢管混凝土组合节点结构，其特征在于，所述第一H型钢梁包括上翼缘板、腹板和下翼缘板，腹板连接在上翼缘板和下翼缘板之间，伸出板连接在腹板的后端。 3.根据权利要求1所述的一种装配式钢管混凝土组合节点结构，其特征在于，所述上悬板的前部开设有第一槽孔，下悬板的前部开设有第二槽孔。 4.根据权利要求2所述的一种装配式钢管混凝土组合节点结构，其特征在于，所述加固组件包括上加固板、下加固板、侧加固槽钢板和外固定板，上悬板的后部开设有第一连接孔，下悬板的后部开设有第二连接孔，中立板的后部开设有第三连接孔； 伸出板上开设有第四连接孔，上翼缘板上开设有第五连接孔，下翼缘板上开设有第六连接孔； 上加固板上开设有第七连接孔，侧加固槽钢板上开设有第八连接孔，下加固板上开设有第九连接孔。 5.根据权利要求4所述的一种装配式钢管混凝土组合节点结构，其特征在于，所述上加固板通过第一螺栓与上翼缘板、上悬板及侧加固槽钢板相连； 侧加固槽钢板通过第二螺栓与中立板及伸出板相连；下加固板通过第三螺栓与下翼缘板及下悬板相连。 6.根据权利要求4所述的一种装配式钢管混凝土组合节点结构，其特征在于，所述外固定板为方钢板，外固定板设置在腹板和中立板的外侧，外固定板与上翼缘板、上悬板、侧加固槽钢板、下翼缘板及下悬板焊接。 7.根据权利要求1所述的一种装配式钢管混凝土组合节点结构，其特征在于，所述上悬板的前部与第一槽钢柱的外壁焊接，下悬板的前部与第一槽钢柱的外壁焊接；第一方钢管和第一槽钢柱内均浇筑有混凝土。 8.根据权利要求1所述的一种装配式钢管混凝土组合节点结构，其特征在于，所述上悬板、下悬板和中立板均为长方形钢板，上悬板和下悬板的长度值相同，上悬板的长度值大于中立板的长度值。 2
T型圆钢管节点abaqus图文建模教程 一．分析前准备： 注：1.长度单位m，时间单位s，力单位N。 2.该软件建模过程中最常用工具为菜单栏Viewpoint下的按钮，即转换视角。 3.点击鼠标中键和回车键表示确定，可代替手动点击Done，使操作更便捷。 4.该教程中未提到的操作均按系统默认操作，如命名规则。初学者后期熟练后可根据自己喜好和习惯更改。 点击Abaqus CAE，运行软件；点击Save Model Database ，将新建数据库保存在指定文件夹中；关闭
程序；在指定文件夹中打开新建的.cae程序。 分析前准备的目的是将静力，热学，热力耦合输出文件保存在指定文件夹中，不一定保存在系统指定的temp 文件夹中。 二．静力分析步骤： 1.Part（建立块）：Module默认为Part模块。 1）建立主管chord。点击（Create Part），弹出部件创建框，Name改为chord，Approximate size 取1（表示绘图范围大小为1m×1m），其他默认，点击Continue，显示绘图区域，点击左侧工具栏中的，建立主管截面:一.绘出外径圆。依次输入坐标（0,0）、（0.0795,0）；二.绘出内径圆。内圆半径由外圆半径减去主管厚度得到，依次输入坐标（0,0），（0.075,0）截面即建立完成。最后点击Done，弹出长度编辑窗口，在Depth中输入主管长度1.68m即可，主管建立完成。 2）建立支管brace。方法参照主管。 3）建立主管端板end1-con。点击（Create Part），弹出部件创建框，Name改为end1-con，Approximate size取1（表示绘图范围大小为1m×1m），其他默认，点击Continue，显示绘图区域，点击左侧工具栏中的，依次输入坐标（0，0）、（0.075，0），点击鼠标中键，弹出编辑框，在Depth中输入0.02，表示端 板厚度为20mm。 4）建立支管端板end2-bra。方法参照end1-con。 5）建立耳板erban。点击（Create Part），弹出部件创建框，Name改为end1-con，Approximate size 取1（表示绘图范围大小为1m×1m），其他默认，点击Continue，显示绘图区域，点击左侧工具栏中的，依次输入坐标（0，0）、（0.155，0.159），点击左侧工具栏中的，鼠标点取矩形左下角和右上角画出半 圆点击左侧工具栏中的，鼠标点取矩形左边中点，输入坐 标（0.02，0.0795）点击左侧工具栏中的选中矩形左边，删除左边，双击鼠标中建，输入0.015 2.Assembly（组装）：在Module下拉框中选择Assembly模块。 1）点击，按图1界面操作，点击OK。
用Ansys或Abaqus分析钢管混凝土结构或构件 以上两个软件国外都有人用来分析钢管混凝土结构，但建模的方法不尽相同。关键在于钢管和混凝土本构关系的选取以及两者之间的界面处理方法，各位有没有这方面的经验能向我们大家介绍一下。 ========== 程序中大概只有Drucker-Prager比较适合描述受约束混凝土的本构关系，因为这个模型可以考虑 hydrostatic stress （流体静应力）的影响。在程序中，需要输入cohesion, angle of internal friction，(one more for ANSYS is the angle of dilatancy)。 值得注意的是，两个软件确定这几个参数的公式各不相同，很是令人头疼。 其实user manuals不可能给出明确的表达式，因为到目前为止，好像没有研究把钢管的强度，混凝土的强度，含钢率等等因素（i.e. the confinement）全部在Drucker-Prager 中考虑进去。 至于两种材料的界面，日本的 Hanbin Ge曾用link element来模拟，但在他的文章中，没有详细的描述。轴压状况下，好像可以忽略滑移。偏压可能情况有所不同。 ========== 韩教授书上的混凝土应力-应变关系，可以简单理解为单向受力的混凝土本构关系（考虑了钢管的约束），因此不能用于多向应力状态下混凝土的有限元分析。材料非线性有限元分析，需要定义材料的屈服面，流动准则，强化准则，等等。对受约束的混凝土，还要考虑体积膨胀，钢管对它的约束等因素。显然，不是一个简单的应力-应变曲线所能概括的。 ========== 三向有限元分析，需要定义屈服面、流动准则和强化准则等等，而考虑钢管约束的混凝土本构关系，只是应力-应变关系。 对钢管混凝土的有限元分析，主要困难是如何定义屈服面，和模拟两个材料之间的滑移，我曾经用过接触分析（contact analysis）来求轴压构件的承载力，发现最大承载力能够比较精确地求得，但是精确的荷载-位移曲线很难获得，因为商用软件（Ansys\Marc）里面的D-P模型是塑性模型。最近正在想定义一个适用于钢管混凝土的本构关系，不知道能够行的通。有了确定的结果，一定和大家探讨。 =========== 没想到一年前发的一个帖子引起大家这麽多关注，感谢大家的支持。 本人现在已完全实现用Ansys分析钢管混凝土，现在将我的思路介绍一下，不当之处请指正。 1。钢单元采用壳元，混凝土采用实体元，界面采用接触单元，另外也可以加弹簧单元，如果加弹簧单元后，接触元的摩擦系数可设为0。 2。钢材用弹塑性模型,泊桑比可取为0.25，混凝土模型的弹性阶段泊松比可取为0.2，弹塑性阶段有两种方式实现，一种采用Drucker-Prager模型，因为该模型中两个参数和具体约束状态相关，但选择时计算结果差别不大，建议对于圆形截面采用同一组参数，对于方、矩形分区采用两组参数；另一种方法是直接输
钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点设 计 第2期 2007年2月 广东土木与建筑GUANGDONGARCHITECTURECIVILENGINEERING № FEB2O07 钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点设计 黄斌 (深圳市方佳建筑设计有限公司深圳518031) 摘要:本文推荐一种钢管混凝土柱与钢筋混凝土粱节点做法,使钢管在节点区是连续的,节点刚性不受影响, 粱可以可靠地传递内力,与其它节点做法相比,具有施工方便和节约材料的优点. 关键词:钢管混凝土柱;钢管混凝土叠合柱;钢管开穿梁钢筋小孔;梁柱节点构造 1概述 钢管混凝土柱使钢管与混凝土改变了各自本身 的材料性质.共同成为一种新的复合材料.该结构形 式以卓越的承载能力和变形能力.在工程中得到越 来越多的应用.在此基础上近年又陆续有不少工程 采用钢管混凝土叠合柱和钢管混凝土组合柱等 由于工程中往往仅在框架柱中采用钢管混凝 土.而框架梁则采用普通钢筋混凝土.故两者的连接 节点成为工程中的难点之一目前常用的连接节点 有钢牛腿法,双梁法,环梁法,钢管开大洞后补强法 及纯钢筋混凝土节点法等.双梁法和环梁法对梁之
间内力传递的可靠性有一定影响:钢管开大洞后补强法及纯钢筋混凝土节点法使得钢管在节点区不连续.难以保证节点原有的刚性:钢牛腿法对钢材消耗量大.现场焊接施工量大 以上列举的连接节点均存在一定程度的不足. 本文推荐一种在钢管上开穿钢筋小孔的连接节点. 通过模型试验为基础的理论分析.并经过多个工程实践的检验.证明它具有可靠和经济实用的优点 2钢管开小孔连接节点的优点 2.1钢管开小孔后对钢管截面削弱不大.梁钢 筋穿过小孔后剩余的缝隙很小.钢管对管芯混 凝土的约束力基本没减小.不影响钢管混凝土 柱的承载能力和变形能力 2.2梁钢筋直接穿过钢管后.梁可以可靠地传 递内力.梁长范围内的刚度保持不变.结构受 力分析与实际相同而钢牛腿法和钢管开大洞 后补强法.在梁端范围内有相当长度的型钢. 使得梁刚度发生急剧变化 2.3在设置水平加强环和竖向短加劲肋补强后.钢 管在节点区是连续的.节点刚性不受影响.满足"强节点弱构件"的要求 2.4现场施工较方便.即使圆弧形的梁钢筋也可顺 利穿过 2.5节点补强所用材料比钢牛腿法和钢管开大洞法大幅减少.有利于降低造价 3钢管开小孔的连接节点构造 钢管开小孔的连接节点构造如图1.其要点如下: (1)钢管开小孔:小孔直径D=钢筋直径+10mm, 水平间距为3D.垂直间距为2D.
钢管混凝土ABAQUＳ建模过程 Pａｒt模块 一、钢管 1.壳单元 概念：壳单元用来模拟那些厚度方向尺寸远小于另外两维尺寸，且垂直于厚度方向得应力可以忽略得得结构.以字母S开头。轴对称壳单元以字母SAX开头,反对称变形得单元以字母S ＡXA开头。除轴对称壳外，壳单元中得每一个数字表示单元中得节点数，而轴对称壳单元中得第一个数字则表示插值得阶数.如果名字中最后一个字符就是5，那么这种单元只要有可能就会只用到三个转动自由度中得两个. 2.壳单元库 一般三维壳单元有三种不同得单元列示： ①一般壳单元：有限得膜应变与任意大得转动,允许壳得厚度随单元得变形而改变,其她壳单元仅假设单元节点只能发生有限得转动. ②薄壳单元:考虑了任意大得转动，但就是仅考虑了小应变。 ③厚壳单元：考虑了任意大得转动，但就是仅考虑了小应变. 壳单元库中有线性与二次插值得三角形、四边形壳单元，以及线性与二次得轴对称壳单元.所有得四边形壳单元(除了S4)与三角形壳单元Ｓ3/S3R采用减缩积分。而S4与其她三角形壳单元采用完全积分。 3.自由度 以５结尾得三维壳单元,每一节点只有5个自由度：３个平动自由度与面内得2个转动自由度(没有绕壳面法线得转动自由度)。然而,如果需要得话,节点处得所有６个自由度都就是可以激活得。 其她三维壳单元在每一节点处有6个自由度(三个平动自由度与3个转动自由度)。
轴对称壳单元得每一节点有3个自由度： 1 r—方向得平动 ２z—方向得平动 3 r－z平面内得平动 4.单元性质 所有壳单元都有壳得截面属性,它规定了壳单元得材料性质与厚度。 壳得横截面刚度可在分析中计算,也可在分析开始时计算. ①在分析中计算：用数值方法来计算壳厚度方向上所选点得力学性质.用户可在壳厚度方向上指定任意奇数个截面点。 ②在分析开始时计算：根据截面工程参量构造壳体横截面性质，不必积分单元横截面上任何参量。计算量小。当壳体响应就是线弹性时,建议采用这个方法。 5.壳单元得应用 如果一个薄壁构件得厚度远小于其整体结构尺寸,并且可以忽略厚度方向得应力，建议用壳单元来模拟。当厚度与跨度之比小于1/１5,可以忽略横向剪切变形，则可以认为就是薄壳问题;当厚度与跨度之比大于1/１5，很小得剪切变形也不能忽略时，则认为就是厚壳问题。 要求：大应变。仅在几何非线性分析中考虑壳单元厚度得改变,壳单元厚度方向上得应力为０，应变只考虑来自泊松比得影响. 二、混凝土 三、端板 解析刚体:计算成本上解析刚体要小于离散刚体，但就是解析刚体不能就是任意得几何形状, 而必须具有光滑得外轮廓线。一般而言，如果可以使用解析刚体得话，使用解析刚体进行模拟就是更为合适得 离散刚体：离散刚体在几何上可以就是任意得三维、二维或轴对称模型,同一般变形体就是相同得,唯一不同得就是,在划分网格时离散刚体不能使用实体单元,必须在Ｐａｒt 模块下将实体表面转换为壳面,然后使用刚体单元划分网格。 使用刚体部件就是不需要赋予部件材料属性得,但就是在不完全约束刚体自由度得情况下必须指定刚体集中质量与转动惯量。 欧拉：？
一、建立ABAQUS有限元模型 （一）模型选择 针对海洋管道缺陷引起的局部压溃问题，本小组采用ABAQUS建立管道局部片腐蚀有限元模型，将局部片腐蚀段长度Lf、局部片过渡段长度Lg、片腐蚀深度Ls作为研究的缺陷影响参数，建立三维直管道模型。模型正常管道外径取，壁厚取，施加压力为20mpa。建模分析过程采用非线性弧长法（Static，Riks），控制分析步中的增量步，以保证在之后的计算中，加载力的曲线能够下降并且管道能压溃。 （二）模型建立 1、建立管道剖面 （1）part模块建立正常管道剖面。 首先创建3D-shell planar模块part-1（图1），建立正常段管道1/4圆剖面。具体是先画一个半径为的圆，向圆内偏移一个管厚的距离形成管道内径圆（图2），并作辅助线（图3）切割出1/4圆（图4），右下图即为part-1剖面。其中两条辅助线是圆心分别与点（0，）和点（,0）的交点。
图 part 图2. 绘制管道内径圆 图3.作辅助线图4.正常管道剖面 （2）part模块建立腐蚀管道剖面。 腐蚀管道剖面与正常管道剖面做法相同，同样创建一个3D-shell planar 模块part-2（图5），在该模块下建立腐蚀段管道1/4圆剖面。通过先画一个半径为的圆，向圆内偏移一个管厚的距离形成管道内径圆（图6），并作辅助线（图
7）切割出1/4圆（图8），右下图即为part-2剖面。由于腐蚀深度为，则两条辅助线是圆心分别与点（0，）和点（，0）的交点。 图5. creat part 图6. 绘制管道内径圆 图7.作辅助线图8.腐蚀管道剖面 2、运用Assembly模块进行管道装配。 进入Assembly模块，我们先创建Instance（图9），因为有四个截面需要装配，由刚刚设置的截面各选择两次得到part1-1，part1-2，part2-1，part2-2，