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钢管混凝土结构加强环式节点受力性能的研究

杜晓巍  
【摘要】:钢管混凝土结构目前在高层结构中的应用越来越广,但是钢管混凝土柱与梁板的连接还存在着诸多问题,特别是钢管混凝土柱与梁连接的节点受力性能还需进一步研究。 本文用有限元计算软件Ansys 6.1对钢管混凝土柱与钢梁连接的加强环式节点进行了有限元模拟计算,并且将有限元计算结果与试验结果进行了比较分析,结果表明有限元计算模型能够有效地模拟真实结构。本文通过10个有限元模型试件对影响加强环板受力性能的五个因素进行了分析研究。这五个因素分别为:(1)加强环板的宽度;(2)加强环板的厚度;(3)钢管壁的厚度;(4)柱端轴力;(5)加载方式。分析研究结果表明:随着环板宽度和厚度的增大,节点区的承载力有明显增加,这说明加强环板的宽度和厚度是影响其受力性能的主要因素。随着钢管壁厚度的增加,节点承载力有所增大,但其增大幅度不大,这说明钢管壁厚度对节点承载力的影响较小。在轴力作用下环板内环的应力值有所增大,增大值相对于最终荷载作用下的应力值较小,也就是说在轴力的作用下,轴力对环板的应力贡献较小,从而可以不考虑轴力对节点区受力性能的影响。加强环在单向荷载作用下,应力应变最大值的50%主要集中在与梁轴线成 的范围内,这说明梁端荷载在环板产生的作用范围有限,作用范围主要集中在 的区域内,其他区域影响相对较小。在双向荷载作用下,在环板 处应力产生叠加,屈服区域主要集中在与梁轴线成 角的区域内,所以可以认为加强环板与梁轴线成 的截面是环板的薄弱部位。此处环板的径向应力应变分布成斜直线,高应力应变区域集中在环板内部。所以在环板的设计中作出了环板应力应变在 截面上成直线的假设,此假设适合于实际情况,并偏于安全设计。 本文在理论分析的基础上,提出了加强环式节点设计方法,该设计方法计算简便,通用性强,对今后的钢管混凝土结构设计有着重要的参考价值。


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