钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点静力性能试验研究

钢管混凝土结构节点研究现状摘要：本文详细论述了钢管混凝土结构梁柱节点和柱脚节点在国内外的研究现状，分析了不同节点形式的优缺点和适用情况。

关键字：钢管混凝土；梁柱节点；柱脚节点1.概述钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的一种结构型式。

其特点就是承载力高、塑性和韧性好、耐火性能好、施工方便。

在其使用之初就受到欧美日各国土木工程界的重视，竞相开发利用。

新中国成立以后，我们国家也开始开发利用钢管混凝土结构技术。

尤其20世纪80年代以后，钢管混凝土技术在我国的桥梁、电力等行业中有了更为广泛的应用。

随后国家颁布了一系列与钢管混凝土结构技术相关的规范、规程，使钢管混凝土结构技术的应用更加规范化。

钢管混凝土结构中节点是个非常重要的部位，它起着传递和分配内力以及保证整体性的作用，对结构安全至关重要[1]。

截至目前，国内外的专家学者对其的受力机理，破坏形态做了大量的研究，有了一定的认识，同时也给出了一些近似的的计算公式，但是尚有许多亟待研究和解决的问题。

2.钢管混凝土梁柱节点研究现状对于钢管混凝土梁柱节点，按照不同的划分标准有不同的分类。

按钢管混凝土柱与梁的连接类型的不同可以划分为两种，一种是钢管混凝土柱-钢梁节点，另一类是钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点。

国外高层建筑中应用和研究较多的节点型式主要是钢管混凝土柱-钢梁节点[2]。

而国内则主要是钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点。

2.1国外钢管混凝土梁柱-钢梁节点的研究现状1974年，p.ansounan[3]进行方钢管混凝土柱-工字钢梁节点连接的研究。

1987年， hiroshi和kanatani等进行了长高强螺栓连接部分方钢管混凝土柱与h型钢梁的研究，使得钢管壁局部变形、破坏和焊接困难的问题得到了解决。

1995年， shim通过改变加强环板开口尺寸、厚度等参数，对钢管混凝土柱-h型钢梁节点的静力和滞回性能进行了试验研究。

试验结果表明：内加强环板节点核心区有良好耗能能力；节点区灌混凝土的试件，变形能力和耗能能力会有所提高。

第２期黄俊等：混凝土柱一钢梁边节点的拟静力试验研究６ｌ承压板ＲＣ柱一６８＠１００Ｊ１Ｊ１ＨＮ３５０ｘ１７５ｘ６×９／钢梁长≠．９ｍ＼，十、加劲肋Ｊ１Ｊ１－６８＠１００－一一纵向钢筋５击１６８双向钢筋网片一／拉筋／／＇＼１．｜＼加劲肋６８＠１００图２试件ＧＪｌ—１节点设计Ｆｉｇ．２ＤｅｓｉｇｎｏｆＧＪｌ—１——Ｙ一一西８＠１００ＨＮ３５０×１７５×６６８＠８０／钢梁长２·９ｍ双向钢／｜弋琦网片＼ｉＬ．一６８＠１００ＲＣ柱一一一一纵向钢筋图３试件ＧＪｌ—２节点设计Ｆｉｇ．３ＤｅｓｉｇｎｏｆＧＪｌ—２９１．双作用千斤顶２．拉、压力传感器３．平板铰连接件４．钢梁５．反力架６．钢压梁７．混凝土柱图５加载装置图‘．Ｆｉｇ．５Ｄｅｔａｉｌｓｏｆｔｅｓｔａｐｐａｒａｔｕｓ图４试件ＧＪｌ—３节点设计Ｆｉｇ．４ＤｅｓｉｇｎｏｆＧＪｌ—３图６钢梁翼缘和腹板的屈曲变形Ｆｉｇ．６Ｂｕｃｋｌｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｆｌａｎｇｅａｎｄｗｅｂｏｆｓｔｅｅｌｂｅａｍ１．２试验方案混凝土柱一钢梁组合框架体系边节点试验在专门的反力架上进行，试验加载装置见图５。

试验中采取将混凝土柱倒置于地面，对钢梁进行水平加载的方式。

为保证试件在加载过程中不发生移动，在水平和竖直方向分别采取了限制措施。

水平方向在柱两端与反力架之间各设置一个千斤顶，通过对两个千斤顶同时施力限制混凝土柱在水平方向的移动。

竖直方向在柱的两端各设置一个钢压梁，一方面将混凝土柱与地面压紧，另一方面防止柱在加载过程中翘起。

加载装置为固定在反力架上可以施加双向作用力的油压千斤顶，荷第２期黄俊等：混凝土柱一钢梁边节点的拟静力试验研究６３（ａ）ＧＪ－１１（ｂ）ＧＪ－１２（ｃ）ＧＪ—１３图７３个构件的荷载一位移滞回曲线Ｆｉｇ．７ｋａｄ—ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓ（３）试件ＧＪｌ一３在开裂前的弹性阶段内，荷载一位移曲线（如图７所示）按纺锤形上升；初裂荷载为７３ｋＮ，屈服荷载为８４ｋＮ，极限荷载为９６ｋＮ，屈服荷载是极限荷载的８０．６％；此试件的滞回曲线比其它试件饱满，从加载初期到试件破坏的整个过程中，曲线都呈现出很好的纺锤形，并且试件的承载力逐级递加，后期承载力较为稳定，说明该试件具有很好的耗能性能和很好的承载力性能。

钢管混凝土结构梁柱节点受力性能试验研究的开题报告
1. 研究背景和意义
随着工业化、城市化的发展，钢管混凝土结构已成为一种广泛应用的新型结构体系，其具有重量轻、强度高、防震性能好、可塑性好等特点，深受工程界的青睐。

建筑物的主要承载部位是梁柱节点，因此梁柱节点的受力性能也成为了钢管混凝土结构研究的重要内容。

本课题旨在研究钢管混凝土结构梁柱节点受力性能，以期为工程实践提供可靠的理论依据。

2. 研究内容和方法
本课题将选择钢管混凝土结构梁柱节点为研究对象，通过理论分析和试验研究的方式，探究钢管混凝土结构梁柱节点的受力性能。

具体内容包括：
（1）钢管混凝土梁柱节点应力分布规律的理论分析；
（2）钢管混凝土梁柱节点力学性能试验的设计和开展；
（3）试验数据的分析和研究，针对不同情况下节点的破坏模式和承载能力进行探究。

研究方法包括：文献研究、理论分析、试验研究等方法。

3. 研究预期成果
（1）揭示钢管混凝土梁柱节点力学特性及其影响因素，为钢管混凝土结构的设计提供理论支撑；
（2）建立钢管混凝土梁柱节点力学性能试验方法，为工程实践提供实验依据；
（3）获得一批关于钢管混凝土梁柱节点受力性能的试验数据。

4. 预期研究结果的应用前景
本课题研究结果将为钢管混凝土结构设计提供可靠的理论依据和实验数据，提高工程设计的可靠性，降低工程建设的风险，具有广泛的应用前景和重要的社会意义。

矩形钢管混凝土柱—钢梁节点受力性能分析钢管混凝土结构因其优异的性能被广泛的应用在工程实际中,而节点作为结构中一个关键部位,对结构的安全和稳定发挥着重要的作用。

本文基于ABAQUS 有限元模拟的方式,对矩形钢管混凝土内隔板节点(普通节点和翼缘削弱型节点)的力学性能进行了研究,并提出节点域的抗剪承载力计算表达式。

主要工作和成果如下:(1)利用ABAQUS软件对文献试验中方钢管混凝土柱-钢梁节点进行了有限元模拟,并就骨架曲线、节点破坏形态进行了模拟数据与试验结果对比,吻合较好。

应用验证的建模方法建立内隔板普通节点,分析了节点抗剪受力过程和荷载作用下节点应力变化规律。

(2)分别对内隔板普通节点和翼缘削弱型节点(RBS节点)在单调和循环荷载下的力学性能进行了比较分析,结果表明:RBS节点的抗剪承载力较内隔板普通节点下降明显,耗能能力和刚度退化影响不大,但RBS节点的延性性能更好。

研究了核心区高径比、套箍系数、材料强度和轴压比对普通节点抗剪能力的影响,同时还分析了3个削弱参数对RBS节点抗剪的影响,并对参数削弱尺寸范围给出了设计建议。

(3)建立节点域直接剪切模型,通过数值模拟与理论推导相结合的方式,在对节点各抗剪构件承载力计算的基础上,综合提出了节点最终抗剪承载力计算表达式,对比表达式计算结果与模拟结果表明本文提出的表达式较为准确的计算了节点的抗剪承载力,从而为工程应用提供了一定的设计依据。

钢管混凝土柱与钢梁节点性能研究张燕1，李政2（1.河套学院，内蒙古巴彦淖尔015000；2.杭锦后旗自然资源局，内蒙古鄂尔多斯015400）一、引言随着我国高层、超高层建筑技术的迅速发展，钢管混凝土结构因其承载力高、塑性和韧性好、制作和施工方便、耐火性能较强、经济效果较好而发展迅速[１]。

由于梁柱节点是各种力的交汇之处，节点受力模式较一般构件更为复杂，特别是在地震的作用下，节点的受力更为复杂，而且节点联系着多个构件，故其失效的后果更为严重，因此，节点受力是否合理直接关系到结构的安全可靠性。

本文本着这一目的进行了试验研究。

二、试验概况（一）试验方法本试验采用拟静力试验方法对矩形钢管混凝土柱与钢梁外加强环式节点进行抗震性能研究。

进行结构的拟静力试验，主要目的是，在考虑地震的作用时，确定结构构件的恢复力计算模型，通过试验测得滞回曲线，由滞回曲线所包围的面积求得结构的等效阻尼比，从而可以衡量结构的耗能能力，同时在分析计算中还可得到骨架曲线，由上面的数据可以判断和鉴定结构的抗震性能。

（二）试件设计与制作试验选取框架中的边中柱节点，钢梁和钢管混凝土柱的长度都取到其反弯点处，再按一定的比例缩放，比例取为1∶3。

四个试件的节点都采用外加强环式节点[３]，试件参数见表1。

（三）试验装置和加载制度本试验采用拟静力试验方法进行加载。

根据《建筑抗震试验方法规程》[６]（JGJ101-96），采用控制位移和控制力的混合加载法。

试验进行时，将竖向荷载逐级加到预定值，之后保持竖向荷载不变，水平荷载采用荷载———位移混合控制的加载制度。

三、试验结果及分析（一）骨架曲线骨架曲线能够反映结构的强度、变形性能，它是取荷载———位移曲线每一加载级第一循环峰值点连成的曲线[３]。

图1所示为SJ1、SJ2、SJ3及SJ4的骨架曲线。

由图可以看出，当荷载达到极限荷载后，我们发现试件仍然有良好的延性和后期变形能力。

（二）耗能性能耗能能力是衡量结构抗震性能的重要指标，常用等效粘滞阻尼系数h e 衡量结构的能量耗散能力[８]。

钢梁——型钢混凝土柱节点的力学性能研究及有限元分析的开题报告一、研究背景随着建筑结构的发展和创新，钢-混凝土组合结构已广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁等工程领域。

钢梁与混凝土柱的节点作为结构的重要组成部分，其力学性能研究对于保证结构的安全性和可靠性具有重要意义。

因此，本研究将围绕着钢梁与型钢混凝土柱节点的力学性能展开深入探究。

二、研究目的本研究的主要目的是研究钢梁与型钢混凝土柱节点的力学性能，包括节点的承载能力、变形性能、应力分布等。

通过理论分析和有限元模拟，获得更加准确有效的结构力学性能参数，为结构设计和优化提供科学依据。

三、研究内容1. 钢梁与型钢混凝土柱节点的受力分析与计算；2. 计算节点的承载能力和变形性能；3. 分析节点的应力分布规律；4. 基于有限元方法进行节点力学性能模拟并与理论计算结果进行比较分析。

四、研究方法本研究将采用力学理论分析和有限元模拟相结合的方法，首先通过理论计算分析钢梁与型钢混凝土柱节点的力学性质，并比较不同节点尺寸和材料等参数的影响。

接着，使用ANSYS等有限元分析软件进行节点力学性能模拟，并对模拟结果进行验证和分析。

五、研究意义本研究将对于钢梁与型钢混凝土柱节点的力学性能提供深入探究和分析，为结构设计和优化提供科学依据。

同时，本研究可为该领域的进一步研究提供参考依据和方向，促进结构理论及工程设计发展。

六、研究进度安排1. 文献调研及综述写作（2周）；2. 理论分析及计算研究（3周）；3. 有限元模拟及结果分析（4周）；4. 论文撰写及修改（3周）；5. 答辩准备和展示（1周）。

七、预期成果本研究预期能够获得的主要成果包括：结构力学性能理论计算结果、有限元模拟结果对比分析、结论及建议等。

同时，在该领域的研究还可为相关领域提供借鉴意义，推动工程设计理论的不断发展。

第53卷第6期2022年6月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.53No.6Jun.2022钢管混凝土柱−钢梁下栓上焊隔板贯通节点抗震试验研究余玉洁1,2，林思文1，张超1，丁发兴1,2，蒋丽忠1，魏标1(1.中南大学土木工程学院，湖南长沙，410075；2.湖南省装配式建筑工程技术研究中心，湖南长沙，410075)摘要：钢管混凝土柱−钢梁下栓上焊隔板贯通节点下翼缘采用螺栓连接代替传统的对接焊缝连接，以解决下翼缘焊缝处容易发生断裂的问题，但该构造使得钢梁上下翼缘的连接方式不对称。

为此，通过对5个下栓上焊隔板贯通节点和1个传统栓焊混合连接节点进行低周往复荷载试验，研究下翼缘螺栓连接和楼板的组合作用对下栓上焊节点抗震性能和工作机理的影响。

研究结果表明：下栓上焊节点中由于下翼缘处螺栓滑移导致其滞回曲线表现出一定程度的捏缩现象，但该类节点具有较强的变形能力，可转动0.06000rad 且不破坏；随着节点转角增大，下翼缘连接传力机制由摩擦传力转变为螺杆与孔壁的接触承压传力，节点具有较强的极限承载能力；上下翼缘连接方式不同导致节点正负向受弯时表现出非对称承载强度；无楼板节点具有较大的负弯矩强度，采用组合式楼板时，混凝土板与立柱的挤压承载对于节点正向承载能力有更显著的增强效应，最终使得组合梁节点的正负向弯曲承载强度相近；楼板可有效抑制钢梁上翼缘的局部鼓曲变形，延缓节点的峰值后承载力退化现象；下翼缘螺栓连接的板件滑移有助于降低钢梁下翼缘应力集中现象，避免出现过早断裂的脆性破坏；通过提高下翼缘螺栓连接强度和下贯通隔板厚度，可以增大节点的承载稳定性和变形能力。

关键词：钢管混凝土柱；组合梁；滞回性能；抗弯强度；层间位移角；摩擦滑移中图分类号：TU398+.2文献标志码：A文章编号：1672-7207（2022）06-2143-12Experimental study on seismic performance of bottom-flange-bolted upper-flange-welded through-diaphragm connection between CFSTcolumn and steel beamYU Yujie 1,2,LIN Siwen 1,ZHANG Chao 1,DING Faxing 1,2,JIANG Lizhong 1,WEI Biao 1(1.School of Civil Engineering,Central South University,Changsha 410075,China;2.Engineering Technology Research Center for Prefabricated Construction Industrialization,Changsha 410075,China)收稿日期：2021−08−10；修回日期：2021−10−22基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51708402)(Project(51708402)supported by the National Natural ScienceFoundation of China)通信作者：余玉洁，博士，教授，从事装配式钢结构与组合结构性能研究；E-mail ：****************.cnDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2022.06.016引用格式：余玉洁,林思文,张超,等.钢管混凝土柱−钢梁下栓上焊隔板贯通节点抗震试验研究[J].中南大学学报(自然科学版),2022,53(6):2143−2154.Citation:YU Yujie,LIN Siwen,ZHANG Chao,et al.Experimental study on seismic performance of bottom-flange-bolted upper-flange-welded through-diaphragm connection between CFST column and steel beam[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2022,53(6):2143−2154.第53卷中南大学学报(自然科学版)Abstract:The bottom-flange-bolted upper-flange-welded(BFB-UFW)through-diaphragm concrete filled steel tube (CFST)column connection adopts the bolted connection instead of traditional welded approach to connect the bottom flange to the bottom diaphragm.The construction can solve the brittle rupture failure problem of the bottom flange welds,but also induces the asymmetric connecting construction between upper and bottom flanges.In order to investigate the influence of bottom-flange-bolted connection and composite beam effect on seismic performance of the BFB-UFW connection,cyclic loading tests were performed on five BFB-UFW connections and one traditional welded flange through-diaphragm connection.The results show that BFB-UFW connections have pinched hysteretic loops due to the bolt sliding behaviors in the bottom flange connection,but this connection has strong deformation ability with a drift angle of0.06000rad.The working mechanism of the bottom flange connection changes from the contact friction resistance to bolt bearing when the drift angle increases,leading tothe stronger ultimate bearing capacity.Different connecting methods in the upper and bottom flanges will cause asymmetric moment strength developments in upward and downward bending conditions.The bare beam connection has a higher level of negative moments than positive strengths.However,the extrusion between slab and column in the composite beam connection imposes a stronger strengthening effect on the positive moment strength,leading to similar positive and negative strength levels.The slab can effectively restrain the local buckling deformation at upper beam flange and delay the strength degradation behavior.The bolted bottom flange design and the plate sliding behaviors can reduce stress concentrations at the bottom flange,which effectively reduces brittle failure risks from the premature fracture.The bearing stability and deformation capacity of BFB-UFW connections can be strengthened by increasing the strength of bolted bottom flange connection and the thickness of the bottom diaphragm.Key words:concrete-filled steel tube column;composite beam;hysteretic behavior;moment strength;inter-story drift angle;frictional sliding钢管混凝土柱[1]充分结合了混凝土与钢材各自的优点，具有抗震性能好、施工方便等突出特点。

型钢混凝土柱-钢梁节点受力性能研究的开题报告一、选题背景及研究意义随着建筑结构设计理念的不断变革，结构形式日益多样化，近年来，型钢混凝土结构由于其良好的受力性能、较好的经济性和建造便利性成为了研究的热点。

型钢混凝土结构由型钢与混凝土组合而成，相对于传统结构，具有更好的耐久性、更好的减震性和更好的抗震性能。

型钢混凝土柱-钢梁节点是型钢混凝土结构中的重要连接部位，连接是否牢固直接影响到结构的整体性能。

同时，节点处增加了材料的局部应力集中现象，导致节点处的结构受力情况往往更为复杂。

因此，在型钢混凝土柱-钢梁节点处研究受力性能，对于优化结构设计、提高结构抗震性能具有重要意义。

二、研究目的本研究旨在通过对型钢混凝土柱-钢梁节点的受力情况进行研究，探讨其力学性能，分析节点处的应力分布和变形情况。

具体目标如下：1.研究型钢混凝土柱-钢梁节点的受力传递机制，分析节点受力性能。

2.探究节点处的应力分布情况，分析节点受力集中的情况，并提出减缓局部应力集中的方法。

3.分析节点处的受力变形情况，探究节点刚度和稳定性等问题，并提出优化构造设计的建议。

三、研究内容及技术路线研究内容：1. 通过文献调研、实验及数值模拟分析等方法，研究型钢混凝土柱-钢梁节点的受力性能。

2. 对实验数据和数值模拟结果进行分析与比对，得出节点处应力分布及变形情况等相关参数。

3. 提出优化构造设计的建议，为型钢混凝土结构的设计提供参考。

技术路线：1. 文献调研：通过对近几年国内外文献进行整理和分析，归纳总结型钢混凝土柱-钢梁节点受力性能的相关研究成果。

2. 实验研究：利用试验方法构建型钢混凝土柱-钢梁节点模型，进行静载试验，得到节点处的受力性能及应力变形情况等相关数据。

3. 数值模拟：利用ANSYS等有限元软件进行计算分析，得到节点处的应力分布情况。

四、预期研究结果1. 研究型钢混凝土柱-钢梁节点的受力性能，在深入了解节点受力性能的基础上，提出减缓局部应力集中的方法。

住宅中钢管混凝土柱的实践研究在我国绿色建筑理念快速发展的大趋势下，装配式建筑逐渐成为房地产行业新的发展方向。

本项目为西南地区首例将钢管混凝土应用于装配式住宅中的工程。

其位于成都平原西南，Ⅱ类场地，7度抗震设防。

建筑面积约7.8万m2，地下两层，钢筋混凝土筏板基础。

2栋22F和2栋25F的单体住宅采用钢架结构，建筑高度分别为69.3m和78.3m。

梁、板和墙分别为H型钢梁，钢筋桁架楼承板和现浇泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙。

本文以2#楼2层柱GKZ-1为例，分析该构件在承载力方面的优势，描述了梁柱节点连接构造方式和钢管内浇灌混凝土过程中的质量控制要点。

1 承载力优势本文仅考虑轴压状态下钢管混凝土柱承载力，忽略偏心状态和三维空间效应影响。

GKZ沿高度逐渐缩小管径和钢管壁厚，并且减小内灌混凝土标号，具体数值见表1。

二层柱子GKZ-1的柱高为h为3.6m，柱长和宽b均为600mm，钢管厚度tw为30mm，内灌混凝土强度为C60，钢管选用Q345B。

选取沿D轴线方向，以钢框梁1来计算横梁线刚度之和与柱线刚度的比值。

GKL-1为Q345B热轧H型钢，规格为550×250×10×16。

根据规定，钢管混凝土单肢柱的承载力按式（1）至式（6）计算。

式中：N0为钢管混凝土柱轴心受压柱的承载力设计值；θ为钢管混凝土的套箍指标；fc为混凝土的抗压强度设计值；Ac为钢管内混凝土的横截面面积；fa为钢管的抗压强度设计值；Aa为钢管的横截面积；1为考虑长细比影响的承载力折减系数；2为考虑偏心率影响的承载力折减系数，本文中取为1.0；le为柱的等效计算长度；k为等效计算系数，本例中取为1.0；μ为计算长度系数，通过查表计算本例为0.765。

联立式（1）至式（6），经计算GKZ-1的承载力Nu为42028kN。

如果采用同标号的普通钢筋混凝土柱承担上述荷载，按照最大配筋率5%的限制，根据式（7）可以计算出，柱子截面边长为1000mm，配筋为48根直径36mm 的HRB500。