不同构造的型钢梁柱节点受力性能分析

不同构造的型钢梁柱节点受力性能分析滕尊莉/陇东学院　甘肃庆阳　745000)梁珽旺/中国中铁二局第二工程有限公司　四川成都　610000刘建伟/庆阳市建筑业管理局　甘肃庆阳　745000摘　要：，型钢混凝土结构中的型钢和外包钢筋混凝土共同作用使得整体受力性能好，然而梁柱连接节点一直是框架结构的薄弱环节，节点的破坏往往造成整体结构的倒塌。因此研究型钢混凝土柱—钢梁节点的不同连接形式的受力性能显得尤为重要。本文采用ABAQUS有限元软件建立三维节点模型，结果表明：焊接连接承载力高于栓焊混合连接节点，然而栓焊混合连接的变形高，延性好。关键词：型钢混凝土柱；钢梁；滞回曲线；骨架曲线引言型钢和外包钢筋混凝土各自发挥了优良特性，使得型钢混凝土结构组合结构在地震荷载作用下其受力性能优于这两种结构，已成为多高层建筑结构优选形式。其具有承载力高、延性好、具有较好的稳定性好、经济效益好。框架结构中梁柱连接节点是重要传力枢纽，节点的破坏意味着构件及其整体框架的倒塌，因此结构设计遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件”的原则。然而型钢混凝土节点容易发生剪切破坏，因此研究不同型钢混凝土柱—钢梁节点在动力荷载作用下的受力性能对实际工程设计有很大的帮助。Bernuzzi[1]󰀁通过试验研究了加载方式对节点受力性能的影响。试验表明了半刚性连接节点的滞回曲线性能良好。Adey[2]进行了试验，研究了不同构造形式对于外伸端板连接受力性能的影响。试验表明端板设置加劲肋可以提高耗能能力；焊接连接对于节点性能影响较小。李向民土混合结构层间侧移的影响。本文利用ABAQUS有限元软件建立型钢混凝土柱—钢梁节点的三维有限元分析模型，模拟低周反复荷载作用下的的力学性能。比较焊接连接节点和栓焊混合连接节点两种不同连接形式节点的滞回曲线、骨架曲线，研究不同连接对型钢混凝土柱—钢梁节点受力性能的影响。[3]通过对型钢混凝土梁柱十字节点的梁端施加低[4]周反复荷载。证明型钢混凝土梁柱节点具有较好的延性与耗能能力。蔺韬研究了各片抗侧力体系对型钢混凝1节点构造：1.1截面尺寸节点试件型钢混凝土柱截面尺寸为700mm󰀁×700mm，柱中内置型钢H300×300×8×12mm，柱纵筋采用直径󰀁20mm󰀁的󰀁HＲB400级热轧带肋钢筋，箍筋为直径󰀁12mm󰀁的󰀁HPB300󰀁级热轧光圆钢筋，箍筋间距为加密区100mm、非加密区󰀁200mm；钢梁截面尺寸为H400×250×8×12。󰀁设计混凝土强度等级󰀁C20，保护层厚度󰀁为50mm。1.2材料本构关系：钢材采用Q345，钢材弹性模量E=2.1e5MPa，切线模量󰀁Et󰀁=0.02E。螺栓和焊缝的弹性模量和切线模量与钢材相同，螺栓采用󰀁10.9󰀁级摩擦型高强螺栓，焊缝采用E50。混凝土采用C20󰀁󰀁Ec=3.25e4Mpa　ν纵筋采用HRB400󰀁，箍筋采用HPB300。材料特性见表1.1。表1.1　材料特性材料型钢螺栓焊缝E/105MPa2.12.12.1=0.2，ν0.30.30.3σy/MPa345940345σu/MPa4701040470ξy/(10−2)ξu/(1012−2)\\0.0450.150.4719.81.362节点有限元模型建立

采用ABAQUS有限元软件建立型钢混凝土柱—钢梁组合节点的三维有限元模型，通过分离式实体建模的方式

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建筑信息模型

进行组装节点。为了简化计算，假定:

（1）混凝土和型钢、钢筋之间的粘结良好，不考虑它们之间的滑移。（2）有限元模型在受力过程中始终保持平截面假定。

节点模型中取梁柱反弯点作为节点端部，柱高3.6m，柱下端固定，柱上端X，Y方向为铰接，Z方向施加竖向荷载作用，取轴压比（µ=0.4\\*󰀁MERGEFORMAT）的荷载值；梁长2m，梁端采用位移循环加载模拟反复荷载作用；节点模型详图见图2.1。连接方式采用柱中型钢翼缘和钢梁全焊，柱中型钢翼缘和钢梁栓焊混合连接两种方式。

3有限元分析结果3.1等效应力分布图

图3.1（a）、（b）分别为焊接组合节点和栓焊混合节点的等效应力云图，焊接组合节点的最大应力位于型钢混凝土柱中混凝土与钢梁连接的位置，栓焊混合连接节点的高峰应力发生生节点核心区。

图2.1　节点模型详图

(a) 焊缝连接　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（b）栓焊混合连接

图3.1 节点的等效应力云图

3.2滞回曲线

图3.2（a）、图（b）分别为焊接组合节点与栓焊混合连接节点的滞回曲线，图（a）的滞回曲线更加饱满，承载力高，但荷载高峰过后，下降曲线较陡；图（b）的滞回曲线呈梭性，曲线饱满且荷载高峰过后下降曲线平缓，说明焊缝连接承载力高于栓焊混合连接组合节点，但变形能力低于栓焊混合连接节点。

（a）焊接连接　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（b）栓焊混合连接

图3.2 节点滞回曲线

3.3骨架曲线

图3.3（a）、（b）分别为焊接组合节点和栓焊混合节点的股价曲线，从图中可以看出加载初期曲线呈线性增长，节点处于弹性阶段；随着位移的增加，柱子开裂，骨架曲线呈曲线变化，节点处于弹塑性阶段，位移变化较大，

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荷载变化小，渐成平缓。图（b）所示骨架曲线下降段比起图（a）骨架曲线变形较平缓,说明说明栓焊混合节点变形能力强，粘性好。

（a）焊接连接　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（b） 栓焊混合连接

图3.3　节点骨架曲线

结语

（1）数值模拟时，假定混凝土和型钢、钢筋之间的粘结良好，不考虑它们之间的滑移，使得软件模拟不能很好的反映实际节点受力性能。

（2）焊接连接组合节点滞回曲线与栓焊混合节点相比，说明焊缝连接承载力高于栓焊混合连接组合节点，但变形能力低于栓焊混合连接节点。

（3）焊接连接组合节点骨架曲线与栓焊混合节点相比，说明栓焊混合节点变形能力强，粘性好。

参考文献󰀡

[1] Bernuzzi C, Zandonini R, Zanon P, Experimental Analysis and Modeling of Semi-rigid Steel Joints under Cyclic Reversal Loading. Journal of Constructional Steel Research,1996, 38(2): 95～123

[2] Adey B. T., Grondin G. Y., Cheng J. J., Cyclic Loading of End Plate Moment Connections. Canadian Journal of Civil Engineering, 2000, 27(4): 68～701.

[3] 李向民,，劲性骨架高强混凝土结构性能研究[D]，上海同济大学，1999。[4] 蔺韬，新型钢—混凝土混合结构抗震性能研究[D]，西安建筑科技大学，2015。

（上接第39页）参考文献󰀡

[1]朱捷琳.基于绿色建筑理念的生态宜居住宅设计[J].建材与装饰.2018(13)[2]温国标.基于生态环保理念的住宅绿色建筑设计分析[J].建材与装饰.2018(44)[3]单旭辉.环保视野下住宅绿色建筑设计技术研究[J].建材与装饰.2017(25)[4]陈寞.建筑工程中绿色建筑设计的具体应用[J].建材发展导向.2019(16)

[5]李梅.新形势下绿色建筑设计对建筑设计方向的影响研究[J].城市建筑.2019(14)

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