下载文档原格式
科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON2008N O .26SCI ENC E &TECH NOLOG Y I N FOR M A TI ON工业技术本文对钢管混凝土柱劲性环梁式节点进行了三维有限元分析，得到节点内部构件的受力情况，明确了传力机理。
计算结果为明确该形式节点的荷载变形关系及为该节点设计方法提供了指导。
1劲性环梁节点的特点劲性环梁节点，就是在规程[1]提出的单梁节点基础上，在节点区配置环筋和箍筋，形成环梁；同时将节点区的钢牛腿加高加长，提高其抗弯能力，使之参与节点的弯矩传递，并作为环梁的劲性配筋，形成一道劲性环梁，通过劲性环梁与钢牛腿来实现梁柱间的内力传递[2～4]。
与加强环式刚接节点相比，劲性环梁节点把上下加强环板简化为钢牛腿的上下翼缘，使钢牛腿腹板成为主要的抗剪构件，并增设环梁使之与钢牛腿共同承受弯矩。
与环梁式铰接节点相比，增设了钢牛腿来提高节点的抗弯能力，用钢牛腿腹板来代替抗剪环，提高节点的抗剪能力。
综合来看，劲性环梁节点是一种刚度良好的弹性节点，更接近刚性节点。
2有限元模型本文分析的实体模型全部由8节点单元组成。
由于结构的对称性，取1/4结构进行计算。
最后用于分析的模型单元数为6929。
2.1混凝土与钢筋单元本次分析采用三维空间杆单元模拟钢筋，采用三维结构实体单元模拟钢管壁、钢牛腿及混凝土。
混凝土与钢筋的组合一般有三种形式：整体式模型、分离式模型（位移协调）和分离式模型（界面单元）[5]。
本文采用了整体式模型和分离式模型（位移协调）相结合的办法。
对于纵向受力钢筋和环梁钢筋，采用分离式模型，对于其他的构造配筋、箍筋、分布筋等就算出相应的配筋率，采用整体式模型进行建模。
2.2材料的本构关系钢筋和钢材采用理想弹塑性模型，混凝土的破坏准则选择W －W 五参数准则，屈服准则为von M i s es 准则、强化准则为随动强化准则。
对于非约束区混凝土采用的是《混凝土结构设计规范》[6]本构关系，对于约束区混凝土的本构关系，采用的是文献[7]给出的钢管约束混凝土的本构关系模型。
钢管混凝土柱—钢梁平面框架的力学性能研究一、本文概述随着现代建筑技术的不断进步和创新，钢管混凝土柱-钢梁平面框架作为一种新型的建筑结构形式，已经在工程中得到了广泛的应用。
该结构形式结合了钢管混凝土柱的高承载能力和钢梁的优良延性，使得整体结构在承受外部荷载时表现出良好的力学性能。
本文旨在对钢管混凝土柱-钢梁平面框架的力学性能进行深入的研究和分析，以期为相关工程实践提供理论依据和技术支持。
具体而言，本文首先将对钢管混凝土柱-钢梁平面框架的基本构造和受力特点进行详细的介绍，包括钢管混凝土柱的受力性能、钢梁的受力性能以及两者之间的连接方式等。
在此基础上，本文将通过建立理论模型、进行数值模拟和开展实验研究等多种方法，全面探讨该结构形式在不同荷载作用下的受力性能、变形特性以及破坏模式等关键问题。
通过本文的研究，期望能够更深入地理解钢管混凝土柱-钢梁平面框架的力学特性，揭示其受力机理和破坏规律，为相关工程设计和施工提供更为准确和可靠的理论依据。
本文的研究成果也有助于推动新型建筑结构形式的发展和创新，为现代建筑技术的进步做出积极的贡献。
二、钢管混凝土柱-钢梁平面框架的基本构造和特点钢管混凝土柱-钢梁平面框架作为一种混合结构体系，结合了钢管混凝土柱和钢梁的优点，展现出了独特的力学性能和广泛的应用前景。
其基本构造主要包括钢管混凝土柱和钢梁两部分，通过节点连接形成一个整体稳定的结构体系。
钢管混凝土柱是指将混凝土填入钢管中，利用钢管对混凝土的约束作用提高混凝土的抗压强度和延性，同时钢管自身也承受一定的拉力。
这种结构形式能够充分发挥钢材和混凝土两种材料的优点，提高柱子的整体承载能力，同时具有较好的抗震性能。
钢梁作为框架的另一部分，主要承受弯矩和剪力，其截面形式多样，可以根据实际需求选择合适的截面形状和尺寸。
钢梁与钢管混凝土柱的连接通常采用刚性连接或半刚性连接，以确保框架的整体稳定性和承载能力。
承载能力高：钢管混凝土柱的抗压强度高，钢梁的抗弯承载能力大，使得整个框架具有较高的承载能力。
钢管混凝土柱节点承载力有限元分析
摘要：以某钢管桁架与钢管混凝土柱的连接节点为研究对象，采用有限元软件ABAQUS，分析节点在复杂受力状态下的承载能力，通过分析有限元计算结果，
节点满足设计要求。
关键词：有限元分析，节点承载力，ABAQUS，塑性损伤模型
引言
作为构件连接与传力的重要部分，钢结构节点受力分析是结构安全的重要保障。
本文以一主展馆钢管桁架与钢管混凝土柱的连接节点为研究对象，采用有限
元软件ABAQUS，分析节点的承载能力，并与试验结果比较，验证节点安全性。
1.有限元模型
1.1.材料本构模型
钢管桁架弦杆与钢管混凝土柱外壁为Q345钢材，采用四折线理想弹塑性本
构模型，如图1[1]。
图1 钢管本构模型
钢管混凝土柱核心混凝土标号为C40，采用塑性损伤本构模型。
此本构模型
假定：在不大于4或5倍的极限单轴压应力的低围压条件下，混凝土为脆性材料，主要破坏机理表现为拉裂与压碎。
在模拟混凝土在单向、循环及动荷载作用下的
不可逆损伤破坏行为等方面，塑性损伤本构模型具有较好收敛性能[1]。
混凝土単
轴应力应变关系见式（1）、（2）[2]：
受压时：
（1）
受拉时：
（2）
其中，、或为混凝土峰值单轴压、拉应力，为对应峰值应变，为单轴全应
力应变关系曲线的参数值，取值见文献[2]。
参考文献：[1]、[3]，可得压缩损伤值、拉伸损伤值与非弹性应变、开裂应变的关系，其曲线如图2。
（a）压应力-非弹性应变关系（b）损伤值-非弹性应变关系
（c）拉应力-开裂应变关系（d）损伤值-开裂应变关系
图2 混凝土C40
1.2.模型建立
本文研究的节点为桁架的各杆件通过节点板与钢管混凝土柱连接，其杆件布
置图如图3，GGKZ为钢管混凝土柱，有限元模型如图4。
图3 桁架杆件布置图
（a）整体模型及杆件编号（b）节点板模型
图4 有限元模型
假定钢管柱范围内节点板完全嵌固在核心混凝土中，不考虑它们之间的滑移，其接触采用embedded region命令。
假定核心混凝土与钢管相互作用分解为法向
与切向两个方向作用：法线方向为硬接触（hard contact），切向作用采用库伦摩
擦模型（coulomb friction）模拟：接触面可传递法向压力，并在切向产生摩擦力，
其摩擦系数取0.6[4]，当切向力大于临界摩擦力时，接触面即发生相对滑移，结
合工程实际，假定滑移为小滑移（small sliding）；当接触面法向压力为零或者负
值时，两接触面分离，相应节点接触被解除。
钢管混凝土柱钢管采用壳单元，其他均采用实体单元。
为了模拟试验，荷载
步设为static general，采用等比例加载，最大加载荷载为设计荷载1.6倍，荷载
加载分级如表1。
荷载加载分级表1
注：1.杆件加载荷载一栏中负值表示压力，正值表示拉力。
2.总荷载的0.625为设计荷载。
2.有限元结果分析
（a）所有钢材/ MPa （b）节点板/MPa
图9 设计荷载作用下钢材Mises应力分布云图
图9、10、11、12分别为设计荷载与最大荷载作用下，钢管混凝土柱外壁、
桁架钢管及节点板等钢材Mises应力分布云图。
分析可知，在设计荷载作用下，
节点区各杆件及连接板应力基本在295MPa以内，仅6#杆
钢管在与节点板连接处局部极小区域因应力集中Mises应力为324.9MPa（图10）；在最大荷载作用下，同样因应力集中，6#杆钢管在与节点板连接处局部极
小区域Mises应力为388.5MPa（图12），节点区其它杆件及连接板Mises应力均不大于屈服应力385MPa（节点试验钢材的实测屈服强度值），仍处于弹性阶段。
3.结语
本文利用有限元软件ABAQUS对钢管桁架与钢管混凝土柱的连接节点在复杂
受力状态下的工作性能进行分析。
结果表明：在设计荷载作用下，节点各构件均
处于弹性阶段，在最大荷载（1.6倍的设计荷载）作用下，节点局部极小区域Mises应力略大于屈服应力，节点整体基本处于弹性阶段；在整个受力过程中，
核心混凝土只有局部有微裂纹开展现象。
因此，节点设计具有较高的可靠性与安
全性。
参考文献：
[1]ABAQUS Inc.ABAQUS Theory Manual[M].2006.
[2]中华人民共和国建设部.GB50010－2002混凝土结构设计规范[S].北京：中
国建筑工业出版社，2002.
[3]陈亚亮.钢纤维预应力混凝土扁梁框架抗震性能研究[D].福州：福州大学，2005.
[4]尧国皇，黄用军，谭伟.型钢-方钢管混凝土轴压荷载-变形关系曲线的计算[J].钢结构，2007，22（10）：20-22.。
