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平面X型圆钢管混凝土节点静力性能研究

张钻湖  
【摘要】:钢管混凝土结构利用在受力过程中钢管和混凝土两种材料的相互作用,能充分发挥钢材、混凝土的优点,使钢管混凝土结构具有高承载力、良好的塑性和韧性、方便施工、抗震抗火性能好等优点,在桥梁、高层建筑及各种构筑物中都得到了推广。同时,在钢管内填混凝土也是一种理想的加强方案。而节点作为结构重要部分,受力复杂,一直是研究的重点。目前国内外对圆钢管混凝土节点的研究都集中在平面T、N、K型圆钢管混凝土节点,对平面X型圆钢管混凝土节点还鲜有涉及,对于该类节点的强度设计尚没有合理可靠的计算方法和依据。 本文以支管、主管分别填混凝土的平面X型圆钢管混凝土节点为研究对象,以试验研究为主要内容,结合理论分析,主要考察平面X型圆钢管混凝土节点的受力性能、破坏模式、极限承载力以及在支管、主管中填混凝土对节点刚度和极限承载力的影响,同时给出了节点受压极限承载力计算公式。 首先进行了平面X型圆钢管混凝土节点静力试验研究。分别进行了16个主管内填混凝土、16个支管内填混凝土平面X型圆钢管混凝土节点的受压、平面内及平面外受弯试验,介绍了节点试验方案,考察了节点的受力性能、破坏模式和极限承载力,并对支管、主管内填混凝土对节点极限承载力、刚度的影响进行了讨论。试验研究结果表明:支管内填混凝节点主要破坏模式为主管塑性破坏,其中的平面内受弯节点还出现了主管冲剪破坏,平面外受弯节点则还发生了支管失效破坏;主管内填混凝土节点则主要发生支管局部屈曲破坏,其中的平面内和平面外受弯节点还发生了支管失效破坏。现行国内外规范中X型空管节点极限承载力计算值都不能准确反应钢管混凝土节点的极限承载力,与空管节点理论极限承载力相比,主管内填混凝土能极大提高节点受压和平面外受弯的极限承载力,对节点平面内受弯极限承载力则有一定提高,其中节点受压极限承载力最大提高甚至超过了500%,平面外受弯极限承载力最大提高了130%,平面内受弯极限承载力提高在10%~50%之间;支管内填混凝土对节点受压和平面内受弯极限承载力影响较小,对平面外受弯极限承载力最大提高了60%。与支管填混凝土相比,主管内填充混凝土对于主管管壁的局部变形起到明显的约束作用,改善了主管的径向刚度,提高节点的抗压、平面内及平面外抗弯刚度。空管节点用于评定节点极限承载力的极限变形准则不适用于主管填混凝土的平面X型节点,在判定支管填混凝土节点基于变形的极限承载力上则可以考虑参考空心圆钢管节点承载力的极限变形准则。 在试验研究之后,通过理论分析给出了支管、主管分别填混凝土的平面X型圆钢管混凝土节点受压极限承载力计算公式,并与本次受压节点试验结果比较,证明公式具有较高精度和可靠性。 最后,对于需进一步研究的内容进行了讨论。


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