空间网架结构钢管混凝土柱节点力学性能足尺试验及分析

第32卷第5期2002年9月　东南大学学报(自然科学版)JOURNA L OF S OUTHE AST UNIVERSITY (Natural Science Edition )V ol 132N o 15Sept.2002高强混凝土柱抗震性能的足尺试验研究及理论分析肖　岩1,2　伍云天2　尚守平2　Henry W.Y un 1　A.Esmaeily3(1美国南加州大学土木系,洛杉矶C A 90089-2531)(2湖南大学土木工程学院,长沙410082)(3美国堪萨斯州立大学土木系,曼哈顿K S 665067)摘要:利用一套简单可靠的加载装置,对6根510mm ×510mm 的高强混凝土柱足尺试件进行了固定轴力下的水平往复加载试验.试验参数为塑性铰区的箍筋间隔、强度及轴压比等.将试验结果与理论计算结果进行了对比.研究表明高强混凝土柱的抗震延性受轴压比及配箍率影响较大,而现行的美国混凝土设计规范ACI318—99抗震规范的箍筋设计公式对轴压比的影响考虑不足.本文根据试验提出了一个以柱端相对位移或延性为性能指标的配箍设计公式.关键词:高强混凝土柱;足尺试验;箍筋;轴压比;延性;抗震设计中图分类号:T U375.3 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2002)0520746204Experimental and analytical studies on full 2scalehigh 2strength concrete columnsX iao Y an 1,2　Wu Y untian 2　Shang Shouping 2　Henry W.Y un 1　A.Esmaeily3(1Department Civil Engineering ,University of S outhern California ,Los Angeles CA 9008922531,US A )(2C ollege of Civil Engineering ,Hunan University ,Changsha 410082,China )(3Department of Civil Engineering ,K ansas S tate University ,M anhattan ,K S 66506,US A )Abstract :　Utilizing a set of sim ple and reliable loading system ,six 510mm ×510mm full 2scale high 2strength concrete columns with com pressive strength of m ore than 63MPa were tested under cyclic lateral force and a constant axial load.The main experimental parameters were the axial load level and the trans 2verse reinforcement detail.The experimental results were com pared with the analytical results.It is shown that the seismic ductility of high 2strength concrete columns is significantly influenced by the axial load ratio and the am ount of transverse reinforcement.An equation for transverse reinforcement design is suggested based on performance demands.K ey w ords :　high 2strength concrete column ;full 2scale experiment ;transverse rein forcement ;axial loadratio ;ductility ;seismic design　收稿日期:2002205210.　基金项目:美国国家科学基金会、洛杉矶建筑施工业者协会及湖南大学长江学者启动基金共同资助项目.　作者简介:肖　岩(1961—),男,博士,湖南大学长江学者特聘教授,yanxiao @. 基于性能的抗震设计方法要求建立设计参数与结构或结构构件的预期抗震性能的定量关系.在此设计思想的指导下可以发现一些设计规范的不足之处.以结构柱抗震设计为例,根据美国混凝土设计规范ACI318—99[1]中的抗震设计公式,柱的塑性铰区箍筋的用量由下式确定:A sh ≥013sh c f ′cf yhA g A ch-1(1a )或A sh ≥0109sh cf ′cf yh(1b )式中,s 为箍筋间距;A sh 为间隔s 内总的箍筋横截面积;h c 为柱横截面外围箍筋内核心面积的高度;f ′c 为混凝土轴心抗压强度设计值;f yh 为箍筋屈服强度设计值;A g 为柱截面总面积.该式为基于性能的箍筋设计方法.但没有给出所设箍筋量与柱所应具有的延性之间的直接对应,且没有直接考虑柱所承受的轴力大小对箍筋设计的要求.本研究对510mm ×510mm 的高强混凝土足尺柱进行了模拟地震加载试验来探讨其抗震性能,试件详见表1.本文重点讨论试验研究的结果及理论分析,有关本试验的详细情况,请参阅文献[2].表1　试件一览表试件纵向钢筋柱塑性铰区段的横向钢筋配置砼强度f ′c /MPa砼强度f ′3c /MPa 轴压比P /A g f ′c (轴力)FHC1012FHC20134FHC30122FHC40133FHC5012FHC601229号和36号钢筋各4根(f y =473MPa )16号箍筋和连杆@100mm (f y =445MPa )6411—012(3334kN )16号箍筋和连杆@100mm (f y =445MPa )621175150134(5373kN )16号箍筋和连杆@125mm (f y =524MPa )621175150122(3630kN )16号箍筋和连杆@125mm (f y =525MPa )621175150133(5240kN )16号箍筋和连杆@150mm (f y =445MPa )6411—012(3334kN )16号箍筋和连杆@150mm (f y =524MPa )6411—012(3334kN ) 注:①FHC10.2,表示1号试件柱,轴压比为0.2;②砼强度f ′c 为在常温干燥环境下养护的3块尺寸为152mm ×305mm 的圆柱体试块的平均强度;③f ′3c 为水养护的标准圆柱体试块的混凝土强度;④29号钢筋的名义直径是2817mm ;36号钢筋的名义直径是3518mm ;16号钢筋的名义直径是1519mm.1　试验结果及分析1.1　轴压比的影响 图1和图2是轴压比为012,0.22的试件柱FHC1012,FHC30122与轴压比为0134的试件柱FHC20134,FHC40134的滞回曲线.FHC1012和FHC30122的破坏是弯曲型的,并且在没有显著降低承载力的情况下获得了高于6%的极限侧移比,有较好的延性.而试件FHC20134和FHC40134在侧移比达到4%时就被破坏,破坏呈压弯型,延性较差.从滞回环的形状可以看出,试件FHC1012和FHC40134在达到最大侧向承载力以后仍呈丰满稳定的“梭形”,荷载多次反复循环后仍然具有较好的塑性滞回耗能能力,强度和刚度的衰减均较慢.试件柱FHC20134和FHC40134过荷载峰值后无稳定的“梭形”滞回环,耗能能力较差.图1　横向钢筋用量为ACI318—99规范规定用量的86%试件柱的滞回环图2　横向钢筋用量为ACI318—99规范规定用量的82%试件柱的滞回环1.2　箍筋强度的影响试件柱FHC30122和FHC40133的塑性铰区段的横向钢筋间距为125mm ,大于试件柱FHC1012和FHC20134对应横向钢筋的间距.但试件747第5期肖　岩等:高强混凝土柱抗震性能的足尺试验研究及理论分析柱FHC30122和FHC40133的横向钢筋有着更高的屈服强度.所以,由图2可见,试件柱FHC30122和FHC40133的约束指标值与试件柱FHC1012和FHC20134的约束指标值十分接近.图1和图2显示的滞回性能表明,具有相同约束指标值和轴压比的试件柱,其承载能力和极限侧移比很接近.如图3所示,试件柱FHC5012比试件柱FHC6012的侧移比提高,承载力的下降小,具有更好的滞回性能.图3　横向钢筋强度不同的一组试件柱的滞回环1.3　横向钢筋间距的影响直到侧移比为/L =310%,试件柱FHC5012的反应都十分稳定,尽管在侧移比Δ/L =210%时,在加载至第1个峰值的过程中,由于混凝土保护层被压碎,剪力曾一度下降.如图3所示,侧移比超过310%以后,试件柱FHC5012在加载循环过程中剪力的下降变得十分明显.侧移比Δ/L =310%时,经过第1次加载循环后,剪力峰值减至按ACI318—99规范计算所得的最大抗弯承载力以下,尤其是在推力加载的方向上.侧移比Δ/L =610%时,试件柱在完成一次加载循环后破坏.这根柱子也可视为与试件柱FHC1012和FHC30122相对应的模型,体现了更大的横向钢筋间距、更小的约束指标的影响.显然,增加箍筋间距或者降低约束指标,导致了最大侧移比的降低.2　理论计算211　USC RC 简介 为了便于对钢筋混凝土柱进行研究,笔者编写了一个专门计算柱构件滞回性能的应用程序USC RC 作为理论分析的工具.USC RC 采用可视化图形界面,操作上简便易行,计算结果可靠,已经在实际研究中初步应用,取得了很好的效果.有关USC RC 的详细介绍请参阅文献[3].212　试验结果与理论计算结果的比较通过试验得出试件柱的滞回曲线与用USC RC 计算得出的相应曲线如图1～图3所示.从图中对比可以看出,最大侧向承载力的理论计算结果要比试验结果偏于保守.从图1看出,FHC1012是在侧移比为8%的第1次加载循环中破坏,FHC20134是在侧移比为4%的第1次加载循环中破坏,理论曲线和试验曲线反映了相同的趋势.总之,试验与理论计算的滞回曲线吻合较好.都反映了轴压比及箍筋用量、强度等因素对高强混凝土柱的抗震延性的影响.3　箍筋设计公式试验结果表明,高强混凝土柱的极限变形能力随轴向荷载的增大而减小.ACI318—99规范的抗震柱箍筋设计公式没有考虑柱的这一性能特点,因此不能保证不同轴力水平下柱具有相同水平的变形能力.现行规范的箍筋设计条款对于低轴力过于保守,但对高轴力又不够安全.依据相对小尺寸的模型柱试验,Sheikh 和K houry [4]也指出了ACI318—99规范的横向约束钢筋设计条款存在的不足.本文通过试验的方法建立了高强混凝土柱极限变形能力与主要设计参数之间的关系.把柱的极限侧移比(Δ/L )u 作为目标性能指标,所考虑的设计参数是横向约束和轴向力水平,即约束指标α和轴压比βα=A sh f yh sh c f ′c (2)β=P A g f ′c(3)利用回归分析,得到下面的统计公式:(Δ/L )u =28ln (α+1)+38β+1-31(%)(4)理论计算的极限侧移比和本试验结果以及Bayrak [5]等人的试验结果如图4所示.由于试验数据有限,以上公式还不能保证适用于试验以外的情况.847东南大学学报(自然科学版)第32卷图4　极限侧移比的理论计算与试验结果对比4　结　论1)按现有抗震规范设计配置箍筋的结构柱,在轴力较小时(小于012Agf′c)有足够的延性,但在高轴力下(大于013Agf′c)表现出延性偏小,因此需对现有规范要求进行合理的改进.2)混凝土保护层压碎时,高强混凝土柱达到最大侧向受剪承载能力.最大承载力及其相应的侧移比主要取决于混凝土截面的性质,包括轴向荷载水平,受箍筋配置的影响不大.3)混凝土保护层剥落后的稳定工作阶段对于抗震设计极为重要,它主要受轴向荷载水平以及箍筋构造的影响.当轴向荷载为012Agf′c,且箍筋用量不低于ACI318—99规范指定用量的82%,则试件柱就可获得良好的塑性,其极限侧移比可达610%.如果试件柱的箍筋减少而轴向力增大,则其极限侧移比也将减小.4)使用更高强度箍筋能够有效增加额外的约束和延性.增加箍筋强度能有效的抵消箍筋间距加大带来的负面效应.5)理论研究结果显示,采用USC RC程序得出的滞回曲线与试验结果吻合较好.6)本文给出了根据配箍率及轴压比计算的极限变形经验公式.参考文献(R eferences)[1]ACI C ommittee318.Building code requirements for rein2forced concrete(ACI31899)and commentary(318R99) [S].American C oncrete Institute,Farmington Hills,1999.[2]X iao Y,Y un H W.Experimental studies on full2scale high2strength concrete columns[J].ACI Structural Journal,2002, 99(2):199207.[3]Esmaeily A.Seismic behavior of bridge columns subjected tovarious loading patterns[D].California:University of S outh2 ern California,2001.[4]Sheikh S A,K houry S S.A Per formance2based approach forthe design of con fining steel in tied columns[J].ACI Struc2 tural Journal,1998,94(4):421431.[5]Bayrak O,Sheikh S S.C on finement rein forcement designconsiderations for ductile HSC columns[J].ASCE Journal o f Structural Engineering,1998,124(9):9991010.947第5期肖　岩等:高强混凝土柱抗震性能的足尺试验研究及理论分析。

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。

矩形钢管混凝土柱梁节点力学性能及试验研究矩形钢管混凝土柱-钢梁组合结构体系已经广泛应用于抗弯刚架中。

本文首先回顾了矩形钢管混凝土柱梁节点的发展历程。

矩形钢管混凝土柱梁节点的研究可以分为三个阶段。

第一阶段追溯到二十世纪六十年代末,当时抗弯钢刚架被认为是最具延性的体系之一。

第二阶段从二十世纪九十年代中期延伸到二十一世纪初。

北岭地震和阪神地震改变了对节点的传统认识,学者开始更多关注节点的抗震性能。

在之后的第三阶段,提出和研究了不同形式的节点。

本文对4个隔板贯通节点、2个新型内隔板节点和1个长挑出厚壁型隔板贯通节点进行了低周反复加载试验研究。

主要的试验参数包括:隔板形状,过焊孔尺寸,水平加强板,梁腹板和柱壁连接形式。

分析了不同荷载步下的强度、刚度、延性、耗能能力和应变分布情况。

研究表明,试验节点具有良好的抗震性能,能应用于普通或中等组合抗弯刚架。

研究了轴力或剪力作用下隔板贯通节点的性能。

提出了基于组件法的轴力作用下隔板贯通节点的强度计算公式。

强度模型确定了柱壁的刚体变形模式,考虑了薄膜效应和应变硬化,通过虚功原理得到计算公式。

确定了屈服变形和极限变形的手算方法。

荷载-位移曲线包括三部分:第一段代表弹性阶段,第二段强化阶段,第三段水平线延伸到破坏点。

提出的模型与大量试验结果对比吻合。

节点抗剪模型根据简化的三线性剪力-变形关系提出,提出理论方法计算钢管屈服时混凝土受压柱的剪切强度。

同时,模型考虑了核心区钢框架的贡献。

屈服强度和极限强度的理论值和试验值均吻合。

隔板贯通节点也是箱形梁和矩形钢管混凝土柱连接的好选择。

本文提出两个数值模型,分别计算箱型梁和核心区的剪切刚度和剪切强度。

理论结果和试验数据对比吻合。

最后,提出设计准则来验算节点强度。

钢管混凝土结构柱在火灾下力学性能试验与分析随着城市建设的不断发展，高层建筑、桥梁等大型结构的建设需要越来越多的建筑材料。

而钢管混凝土结构因其在力学性能方面具有多个优点而逐步被广泛应用。

但在火灾等灾难发生后，这种结构的承重能力会大幅下降，甚至瓦解崩塌，从而给人们的生命财产造成严重的威胁。

为了提高这种结构在火灾下的抵抗力，需要对其力学性能进行详细的试验和分析。

一、钢管混凝土结构柱的优点钢管混凝土结构柱相较于普通混凝土结构柱具有多个优点：1. 承载力更强钢管混凝土结构柱采用了高强度的钢管，具有更高的承载能力，从而可以承受更大的载荷。

2. 方便施工据研究表明，钢管混凝土结构柱能够节省40%-50%的施工时间。

3. 美观实用钢管混凝土结构柱具有精美的外观，并且更加耐用，不易腐蚀和损坏。

同时也可以有效减少噪音和震动。

二、钢管混凝土结构柱在火灾下的变形和破坏在火灾发生后，钢管混凝土结构柱的抗震和承重能力会迅速降低，甚至可能会发生瓦解崩塌。

具体表现为：1. 钢管混凝土结构柱的截面会发生变形。

2. 钢管混凝土结构柱壁厚度和截面尺寸会受到影响。

3. 钢管混凝土结构柱的钢管和混凝土会出现开裂和脱落现象。

三、钢管混凝土结构柱在火灾下的力学性能试验为了进一步了解钢管混凝土结构在火灾下的力学性能，实验室进行了一系列相关的试验。

1. 静载试验静载试验需要通过建立起仿真模型，模拟出钢管混凝土结构柱在火灾后的变形情况。

可以确认结构的强度和韧性等参数，进而推算出整个结构的性能参数。

2. 动载试验动载试验可以模拟现实生活中发生的一些临界状况，例如地震、飓风等灾难时结构的反应。

利用模拟设备，可以测试结构的动态性能和抗震能力等参数。

3. 热力学试验热力学试验是一种复杂的测试方法，需要借助高温环境，对模型进行放热燃烧或热传导实验。

通过实验数据分析，可以推算出结构在高温环境下的变形能力和结构完整度等参数。

四、钢管混凝土结构柱火灾下力学性能的分析通过对上述试验数据的分析，可以得出以下结论：1. 火灾对结构的破坏主要是由温度引起的。

圆形钢管混凝土柱框架典型节点受力性能分析王庆江【摘要】圆形钢管混凝土柱框架结构节点构造复杂,目前国内对其受力性能的研究较少.对于很多工程中应用到的节点,没有规范或规程可以作为其设计的依据,因此有必要对圆形钢管混凝土柱框架节点的受力性能进行深入研究.本文采用有限元软件ANSYS建立节点域精细化模型,进行节点受力性能的非线性有限元分析.结果表明,圆形钢管混凝土柱框架结构节点具有良好的承载能力,满足设计要求;加劲板能够有效改善支撑内力较大节点的受力性能.【期刊名称】《水泥技术》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】6页(P83-88)【关键词】圆形钢管混凝土柱框架;节点;受力性能;支撑;加劲板【作者】王庆江【作者单位】天津水泥工业设计研究院有限公司,天津300400【正文语种】中文【中图分类】TU398.9圆形钢管混凝土柱框架空间节点连接梁、柱和支撑等关键构件，受力性能复杂。

目前对于在GB 50017-2003《钢结构设计规范》、JGJ 99-2015《高层民用建筑钢结构技术规程》、GB 50936-2014《钢管混凝土结构技术规范》中未进行设计规定的节点，普遍先采用有限元分析方法进行受力分析，再根据分析结果判定节点域是否满足承载力要求[1-3]。

笔者以天津水泥工业设计研究院有限公司某项目中的圆形钢管混凝土柱框架结构典型节点为研究对象，采用有限元分析软件ANSYS，分类建立了节点有限元模型，针对圆形钢管混凝土柱框架复杂节点受力性能进行了非线性有限元分析。

同时，根据分析结果对节点的设计给出了建议。

1 节点分类根据圆形钢管混凝土柱框架结构节点构造形式将框架节点分为5类，如表1所示，各类节点构造如图1所示。

表1 节点分类及模型编号类型编号1 2 3 4 5构造特点连接1根支撑连接2根共面支撑连接2根不共面支撑无柱节点无支撑节点模型编号1～7 8～15 16～37 38～46 47～52图1 典型节点构造图以类型1节点为例说明连接构件规格，类型1包括7个节点，主要为框架边柱节点。

峰”,此级配在实践中常常引起混合料软弱性状,这种性状在施工时使混合料难以压实,在使用寿命期,其抗永久变形能力的减弱已得到验证[5];级配2的粗集料含量大,有利于粗集料之间互相嵌挤锁结,形成一定程度的空间骨架结构,可以有效提高沥青混合料在行车荷载作用下抵抗塑性变形的能力,并能在一定程度上形成嵌挤结构,混合料受冻收缩时,粗集料之间的骨架结构会提供较大的内摩阻力,能在一定程度上抵抗收缩应力,减小收缩应力对混合料造成的损失,改善沥青混合料的冻融稳定性。

4　结语(1)　贝雷法对沥青混合料划分粗细集料尺寸有了新的认识,使设计者对于混合料的骨架嵌挤结构有了进一步的认识,避免了以往仅凭经验或是有关标准选择级配的局限。

(2)　通过对两种级配的路用性能分析,用贝雷法检验非贝雷法设计的级配时,计算C A、FA C、FA F参数可以验证级配的合理性。

(3)　贝雷法仅限于级配范围,结合马歇尔设计法或Superpave设计法确定最佳沥青用量,在进行相关的路用性能,这样才能设计出各项路用性能良好的热拌沥青混合料。

参考文献[1]　屈波1贝雷法在粗级配沥青混合料设计中的应用[J]1公路与汽运,2008,(5):81-821[2]　W illiam R V,W illiam J P,Samuel H C1Bailey method for gradationselection in H M A m ixture design[R]1T ransportation Research Circular Number E-C044,20021[3]　黄伟,李威1贝雷法级配的设计探索[J]1山西建筑,2008,(5):195-1961[4]　郝培文1应用贝雷法进行级配组成设计的关键技术[J]1长安大学学报,2004,(11):4-51[5]　贾渝,曹荣吉,李本京1高性能沥青路面(Superpave)基础参考手册[M]1北京:人民交通出版社,20051[收稿日期]　2009-09-14[作者简介]　李　伟(1984-),男,内蒙古赤峰人,硕士,研究方向:路基路面工程。

第23卷第11期 V ol.23 No.11 工程力学2006年11 月Nov. 2006 ENGINEERING MECHANICS 99 文章编号：1000-4750(2006)11-0099-11方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析*聂建国1,2，秦凯1,2，肖岩3(1. 清华大学土木工程系，北京 100084；2. 清华大学结构工程与振动教育部重点实验室，北京 100084；3. 南加州大学土木工程系，洛杉矶 90089)摘要：基于方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点的低周反复荷载试验，在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上，采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱内隔板式节点和外加强环式节点进行了单调加载及循环加载作用下的受力性能分析。

有限元分析得出的荷载-位移曲线及剪力-剪切变形曲线与试验结果吻合较好。

在此基础上对外加强环式节点进行了参数分析，研究了方钢管混凝土柱的轴压比、宽厚比、核心混凝土强度及混凝土楼板高度对节点受力性能的影响，结果表明轴压比、宽厚比的影响较大。

关键词：方钢管混凝土柱；内隔板式节点；外加强环式节点；有限元分析；参数分析中图分类号：TU317.1 文献标识码：AEXPERIMENTAL INVESTIGATION AND NONLINEAR FINITE ELEMENT ANALYSIS ON THE BEHA VIOR OF CONCRETE-FILLED SQUARE STEELTUBULAR COLUMN CONNECTIONS*NIE Jian-guo1,2 , QIN Kai1,2 , XIAO Yan3(1. Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;2. Key Laboratory of Structural Engineering and Vibration of China Education Ministry, Tsinghua University, Beijing 100084, China;3. Department of Civil Engineering, University of Southern California, Los Angeles, CA 90089, U. S.)Abstract:Based on the experiments of concrete-filled square steel tubular column connections with interior or exterior diaphragms under cyclic loading, 3-D nonlinear finite element models were used to analyze the mechanical properties of these two types of connections using ANSYS. Based on appropriate material stress-strain relations and failure criteria, finite element analyses were conducted under monotonic loading and cyclic loading. The load - deflection curves and shear force - deformation curves by finite element analyses show good agreement with those of the experiments. Parametric analyses were conducted on the connections with exterior diaphragms to investigate the influences of compression ratio, width to thickness ratio, strength of the concrete in the square steel tube and concrete slab height. It is found that compression ratio and width to thickness ratio are more important to the connections.Key words:concrete-filled square steel tubular column; connections with interior diaphragms; connections with exterior diaphragms; finite element analysis; parametric analysis———————————————收稿日期：2005-03-02；修改日期：2005-06-12基金项目：国家自然科学基金资助项目(50438020)作者简介：*聂建国(1958)，男，湖南衡阳人，教授，博士，博导，从事结构工程研究(E-mail: niejg@)；秦凯(1979)，男，山西太原人，博士生，从事结构工程研究；肖岩(1961)，男，内蒙古呼和浩特人，教授，博士，从事结构工程研究。

1. 工程概况本工程位于陕西省西安市。

总建筑面积为1496.25㎡，工程结构形式为螺栓球节点正放四角锥网架，材料选用Q235钢材，结构构件分别选用GB700中Q235钢管、GB3077中高强螺栓、GB699中的45号钢做的螺栓球、Q235钢的封板锥头和套筒，焊条分别使用E43xx和E50xx。

其几何形状大致呈半圆状，在0°和180°处各凸出1.375m，两方向几何尺寸分别为28.5m和52.5m，其属于一类公共建筑，建筑主体结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度8度，耐火等级为一级。

网架结构杆件材料均选用低碳钢Q235，弹性模量E=2.1×1011Pa；泊松比ν=0.3；密度ρ=7850kg/m3，其抗拉强度设计标准值为235Mpa，抗拉压强度设计值为195Mpa。

杆件材料（高强螺栓）规格分别采用φ45x3.50（M20），φ60x3.50（M22），φ75x3.75（M24），φ89x4.00（M27），φ114x4.00（M33），φ140x4.00（M33），φ159x6.00（M39）。

网架结构边界支承结构形式：周边柱点支撑，采用刚性支承，；不动球支座；支座节点类型：平板压力支座；本文所采用的现行国家设计规范与技术规程如下：（1）《网架结构设计与施工规范》 (JGJ7-91)（2）《钢结构设计规范》 (GB50017-2003)（3）《钢结构工程施工质量验收规范》 (GB50205-2001)（4）《网壳结构技术规程》（JGJ61-2003）（5）《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》 (GB/T16939)（6）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）（7）《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）2. 计算工况该空间网架结构的外荷载分为恒荷载（自重）、活荷载、风荷载、雪荷载。

恒荷载通过给几何模型附加重力加速度来计算，经计算自重为466.55kN，网架面积为1147.22㎡，故单位面积的自重为466.550/1147.22=0.407kN/㎡，这里未采用设计技术参数中：上弦层0.30kN/㎡，下弦层0.15kN/㎡，共计为0.45 kN/m2，与前者计算所得值相差不大，且前者为精确计算，故这里采用前者。

兰州理工大学硕士学位论文钢管混凝土柱-钢梁节点受力性能分析姓名：王建群申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：王秀丽20060602方钢管、Ｔ型加劲板和钢梁均采用８节点弹塑性实体单元ＳＯＬＩＤ４５，混凝土采用ＳＯＬＩＤ６５单元建模‘３４】，在钢管壁和混凝土界面处布置三维面一面接触单元ＣＯＮＴＡｌ７４和三维目标单元ＴＡＲＧＥｌ７０用以考虑二者之间在加载过程中的接触与脱离，二者之间的摩擦系数Ｏ．２。

几何模型如图３．３、图３．５、图３．７所示，有限元模型如图３．４、图３．６、图３．７所示。

图３３ｓ卜３计算模型图３．４ｓ卜３有限元模型图３５ｓＴ一４计算模型图３．６ｓ卜４有限元模型图３．７ｓ卜５计算模型图３．８ｓ卜５有限元模型硕士学位论文表３．２文献的钢材试件拉伸实验结果节点屈服极限伸屈截面应力应力长截面类型强尺寸（坳∞（坳以）室比（ｍｍ）（％）梁翼缘厚度２０３０６４４５０．６９２４Ｈ一５８８×３００×１２ｘ２０梁腹板厚度１２３１９４４００．７３２８梁翼缘厚度１９２８８４２００．６９３７Ｈ一５０６×２０ｌ×１１×１９梁腹板厚度１１３０８４４５０．６９３０口．５００×５００×１２柱厚度１２２７ｌ４５８０．５９２６水平加劲板厚度（２０ｍｍ）３６９５７ｌ０．６５２６水平加劲板厚度（１９ｍｍ）２８５４６２０．６２３４竖向加劲板厚度（１２ｍｍ）２８９５１８Ｏ．５６２６３．３．２有限元计算与文献试验结果对比分析图３９有限兀计算节点破坏的Ｖｏｎ．Ｍｉｓｅｓ应力云图３．３．２．１变形及破坏特征上述各节点有限元计算和文献试验变形及破坏特征比较如图３．９和图３．１０。

ａ）有限元分析结果：分别在ＴＳ．５的竖向加劲板处、ＴＳ一４的水平加劲板处、ＴＳ．３梁截面先屈服。

ｂ）文献试验结果：试件Ｔｓ一５竖向加劲板与柱腹板交界的焊缝被拉裂即（破坏模型ＩＩ），试件Ｔｓ一４的水平加劲板处发生剪切破坏即（破坏模型Ｉ），试件Ｔｓ．３的节点区域外的梁翼缘破坏即（破坏模型ＩＩＩ）。

钢管混凝土结构梁柱节点受力性能研究摘要：本文介绍了钢管混凝土的特点，指出了目前在工程应用中存在对钢管混凝土节点抗震性能研究较少的问题，给出了运用非线性有限元进行节点受力性能分析的方法，基于材料的本构关系，给出了适合钢管混凝土节点受力性能分析的弹塑性本构模型，并分别给出了混凝土和钢材的应力-应变本构关系，通过对一工程中的节点进行非线性有限元分析，得到了节点的受力特征，为实际工程应用提供了参考。

关键词：节点非线性有限元受力1 前言钢管混凝土结构[1]作为一种新型的建筑结构体系形式，综合应用了新材料、新技术、新工艺和工业化的施工方法，加快了施工速度；以使用功能为目的的概念设计，可以有效地节约材料，这种结构体系还提供了更大的跨度和更灵活的建筑空间布置，获得较好的人文建筑环境；从施工要求来看，节点连接应尽量简洁，施工方便，节省钢材。

从建筑功能来讲，节点连接的设计应轻便简化，尽量避免占用建筑空间，影响室内家具的布置和室内美观，给用户带来不便。

从结构功能上来看，钢管混凝土柱与梁连接节点是连接梁与柱的关键部位，在框架中起着传递内力、分配内力和保证结构的整体性的重要作用，因而节点的设计必须传力路径明确，具有良好的延性，满足抗震设计的要求，同时节点还要具有足够的强度，使结构不会因连接过弱而破坏。

2 钢管混凝土结构的特点钢管混凝土组合结构是指在钢管中填充混凝土而形成的组合构件[2]。

一方面是借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性；另一方面是借助钢管对混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使其具有更高的抗压强度和变形能力。

钢管和混凝土在受力过程中的共同组合作用，大大改善了混凝土的塑性和韧性性能，有以下特点：（1）承载力高，抗压和抗剪性能好，可以减小柱的截面尺寸，节约建筑材料，增加建筑空间；（2）塑性和韧性好，抗震性能优越，延性好；（3）钢管取材容易，制作工厂化，施工安装方便，符合现代化施工技术的要求；（4）简化安装施工工艺，节约模板，方便逆作法施工，可大大减少施工工期；（5）耐火性能好，与普通钢结构相比，可节约耐火材料一半以上；（6）可采用高强混凝土。

钢管混凝土组合柱——钢筋混凝土梁节点的力学性能研究摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也有了很大的提高。

钢管混凝土组合柱是我国自主研发的一种新型建筑结构构件。

它较钢筋混凝土柱和钢骨混凝土柱具有更优良的抗压性能和抗震性能。

目前组合柱节点研究较少，常用节点有环梁法、钢牛腿法以及钢板翅片转换型等连接方法，但是该节点的使用都存有局限性，基于此文章根据现有的某项工程为背景提出一种新型的穿筋节点连接方式。

文章利用ABAQUS研究该类节点的力学性能。

主要成果如下：综合考虑了材料的本构、混凝土损伤、钢管和混凝土的接触、纵筋和混凝土的接触关系等，建立有限元模型，并利用其他文献试验数据验证文章的研究思路，通过模拟计算得出的数据与试验数据相比较发现两者的数据较吻合，保证了文章研究思路的准确性。

文章根据得出的最优开孔方式和加强方式进行往复荷载作用下的抗震性能分析，通过得到的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线及累积耗能-相对位移曲线等分析表明穿筋节点有较好的抗震性能，另外使用同样的配筋建立相应的环梁节点，将两种节点的抗震性能比较得出穿筋节点的抗震性能较好。

最后深入分析了穿筋节点在往复荷载作用下的受力状态，得出该节点有较好的强度，能满足强节点弱构件的原则。

关键词：钢管混凝土组合柱；钢筋混凝土梁节点；力学性能研究引言钢管混凝土组合柱（以下简称为组合柱）是由截面中部的钢管混凝土和钢管外的钢筋混凝土组合而成的柱。

组合柱根据浇筑的时间可分为同期和不同期，管内外混凝土同期浇筑的称为组合柱，反之为叠合柱。

钢管混凝土组合柱是我国自主研发的一种新型建筑结构构件。

组合柱由于具有承载力高、抗震性能好和施工较方便的特点，适用于我国非抗震和抗震设防区的建筑结构。

组合柱是在施工初期，先固定钢管以其为模板，在管外绑扎好钢筋后同时浇筑内外混凝土，即形成组合柱。

它同时兼有混凝土和钢结构的优越性能，又能充分利用混凝土抗压性能好和钢管强度高、韧性好、塑性好等优点，通过外围混凝土和钢管对钢管内的混凝土的约束作用，提高了混凝土抗压能力，增强了柱子的承载能力、抗震能力，同时与钢筋混凝土柱相比较，减小了柱子的截面面积，增大建筑的使用面积。