钢管混凝土柱钢梁节点受力性能分析

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

摘要本文在总结韩国汉阳大学Ｋｙｕｎｇ—ｊａｅｓｈｉｎ，Ｙｏｎｇ—ｊｕＫｉｍ几位学者对Ｔ型加劲板钢管混凝土梁柱节点研究的基础上，利用ＡＮｓＹｓ强大的三维有限元模拟计算能力，针对具体情况采用三维实体单元对Ｔ型加劲板钢管混凝土梁柱节点建立了三维实体模型。通过合理的单元选取和网格划分，较为精确地分析节点区应力分布，弥补了试验中无法直观地了解各细部受力情况的缺陷，并采用文献试验结果和有限元分析相结合的方法，对这种新型节点进行了较为系统的分析，主要分析内容与成果如下：（一）建立与文献资料等尺寸，材性（钢材，混凝土）相同的５个有限元模型，并分别进行计算。结果分析表明：新型节点的有限元计算结果和文献的试验结果吻合较好，由此证明本文钢管混凝土梁柱节点的有限元模拟分析的可行性。（二）分析了影响Ｔ型加劲节点刚度的主要因素，确定影响节点刚度的各参数对外部Ｔ型加劲节点刚度的影响规律。结果分析表明：Ｔ型加劲方钢管混凝土柱一Ｈ型钢梁节点并不是完全是刚接的，在梁端荷载作用下，梁柱之间存在着相对的转动；在所有的影响因素中，对节点刚度影响最大的是梁的截面高度，而钢管厚度和水平加劲板的宽度对节点刚度几乎没有影响。（三）对七种不同构造型式的方钢管混凝土柱一Ｈ型钢梁节点分别进行单调加载和低周往复循环加载作用分析。结果分析表明：Ｔ型加劲板节点的抗弯承载力远高于其它节点，节点破坏时在节点核心区域外形成塑性铰，能满足现行的抗震设计规范“强柱弱梁、强节点弱杆件”的抗震设计原则；节点的荷载一位移滞回环饱满，没有明显捏拢现象，耗能能力优良，适于地震地区使用；Ｔ板连接节点位移骨架曲线达到荷载峰值后都有较长的强化段，说明Ｔ板节点具有良好的延性性能。（四）探讨了轴压比对新型方钢管混凝土柱一钢粱的节点性能影响。结果分析表明：在保证焊接质量的前提下，轴压比对节点柱的抗弯承载力影响较大，轴压比越大，抗弯承载力越大，节点的抗震性能越好。关键词：方钢管混凝土；Ｔ型加劲板节点；节点刚度；承载力；延性；滞回性能ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｂａｓｅｄｂｅａｍ－ｃｏｌｕｍｎｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆａｎｉｍｐｒｏＶｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ—ｎ１１ｅｄｓｔｅｅｌｏｎｔｕｂｅ（ＣＦＴ）ｊｏｉｎｔｗｉｔｈＴ－ｓｔｉｆ诧ｎｅｒｐｌａｔｅｓｗｈｉｃｈｗａｓｃａｒｒｉｅｄＫｉｍｅｔｃｂｙｓｅｖｅｒａｌｓｃｈｏｌａｒｓＢｙｕｓｉｎｇｔｈｅＫｙｕｎｇ－ｊａｅｓｈｉｎ，Ｙｏｎｇ－ｊｕｉｎＨａｎｙａｎｇｕｎｉＶｅｒｓｉｔｙｏｆＫｏｒｅａｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｍｓｏＲｗａｒｅＡＮＳＹＳｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｉｎａｌｌｕｓｉｏｎｔｏｉｄｉｏｇｒａｐｈｉｃｉｎｓｔａｎｃｅａｎｄｕｓｅｄｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅｎｔｉｔｙｅｌｅｍｅｎｔ，ｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｃｏｎｃｒｅｔｅ—ｎｌｌｅｄｓｔｅｅｌｗｉｔｈＴ－ｓｔｉｆｒｅｎｅｒｐｌａｔｅｓｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｕｂｅ（ｃＦＴ）ｃｏｌｕｍｎＨ岫ｅａｍｊｏｉｎｔＴｈｒｏｕｇｈｃｈｏｏｓｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔａｎｄｍｅｓｈｅｌｅｍｅｎｔｒｅａｓｏｎａｂｌｙ’ｔｈｅｚｏｎｅｏｆｊｏｉｎｔｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙｐｒｅｃｉｓｅｌｙ，ｉｔｃａｎｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｇａｐｗｈｉｃｈｈａｓｎｏｔｉｎｔｕｉｔｉｖｅｌｙｋｎｏｗｅａｃｈｄｅｔａｉｌｌｏａｄｅｄｉｎｓｔａｎｃｅｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｎｄａｄｏｐｔｅｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｒｅｆ色ｒｅｎｃｅｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｉｓｎｅｗｔｙｐｅＴｈｅｊｏｉｎｔａｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｆ０１ｌｏｗｓ：ｏｎｃｏｍｐａｒａｔｉＶｅｌｙｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ，ａｎｄｍａｉｎａｎａｌｙｓｉｓｃｏｍｅｎｔａｎｄｒｅｓｕｌｔｓ（１）Ｂｕｉｌｔｆｉｖｅ石ｎｉｔｅｍｏｄｅｌｓｗｈｉｃｈｈａＶｅｅｑｕａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｓａｍｅｐｒｏｐｅｎｙｏｆｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ，ｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｈｅｍｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙＢａｓｅｄｏｎｍａｔｅｒｉａｌ（ｓｔｅｅｌ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ）ｗｉｔｈｒｅｆｅｒｅｎｃｅｏｕｔｃｏｍｅｓａｎｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｍａｎａｌｙｓｉｓｏｆｎｅｗｔｙｐｅｊｏｉｎｔ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｒｅｖａｌｕｅｏｆｍｏｍｅｎｔ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｅｘｐｅ“ｍｅｎｔａｌｏｕｔｃｏｍｅｓｕｎｉｆｏｒｍａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎＳｏｉｔｃｏｎｃｒｅｔｅ—ｆｉｌｌｅｄｃａｎｃｅｎｉｆｙｔｏｔｈｅｒｅｌｉａｂｍｔｙｏｆｔｈｅｆｌｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｔｅｅｌｔｕｂｅ（ＣＦＴ）ｃｏｌｕｍｎｍａｉｎＨ＿ｂｅａｍｊｏｉｎｔｉｎｔｈｉｓｐａｐｅＬＴ－ｓｔｉ仃ｅｎｅｒｐｌａｔｅｓ（２）Ａｎａｌｙｚｅｄｆａｃｔｏｒｓｗｈｉｃｈａ虢ｃｔｊｏｉｎｔｊｏｉｎｔｓｔｉ圩ｎｅｓｓ，ｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓ．Ｔｈｅｅ疗ｅｃｔｌａｗｏｆｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｗａｓｃｏｎｆｉｒｍｅｄｂｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｔｈａｔａ骶ｃｔａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｗａｓｒｅｌａｔｉｖｅｒｏｔａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂｅａｍａｎｄｔｈｅｃｏｌｕｍｎｏｆＣＦＴｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｅｘｔｅｒｎａｌｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏａｄａｃｔｉｎｇｉｍｐｏｎａｎｔｆ’ａｃｔｏｒｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｔｈｅｏｎｔｈｅｂｅａｍＴｈｅｍｏｓｔｓｔｉｍｌｅｓｓｏｆｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｗａｓｔｈｅｈｅｉｇｈｔｏｆＨ—ｂｅａｍ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｗｅｂａｎｄｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｔｉｆｆｅｎｅｒｈａｄｌｉｔｔｌｅｉｎｎｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｓｔｉｆｆｈｅｓｓ（３）Ｓｅｖｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅ—ｎｌｌｅｄｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｓｔｅｅｌｔｕｂｅｔｏＨ＿ｂｅａｍｊｏｉｎｔｓｗａｓａｎａＩｙｚｅｄｕｎｄｅｒｍｏｎｏｔｏｎｉｃｌｏａｄｉｎｇａｎｄｃｙｃｌｉｃｌｏａｄｉｎｇＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｆ｝ｏｍｆｉｎｉｔｅｃｏｌｕｍｎｔｏＨ－ｂｅａｍａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｄ·ｆｉｌｌｅｄｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｓｔｅｅｌｔｕｂｅｗｉｔｈ＋ｒ－ｓｔｉｆｆ色ｎｅｒｐｌａｔｅｓｓｈｏｗａｎｊｏｉｎｔｅｘｃｅｌｌｅｎｔｓｅｉｓｍｉｃｂｅｈａＶｉｏｒ，ａｎｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｂｅｎｄｉｎｇＴｈｅｆａｉｌｕｒｅｆｅａｔｕｒｅｉｓｔｈａｔｐｌａｓｔｉｃｈｉｎｇｅｗａｓｚｏｎｅ，ｓｏ，ｉｔｗａｓｓａｔｉｓｆｉｅｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｗａｓｍｕｃｈｈｉｇｈｅｒｔｈａｎａｎｙｏｔｈｅｒｏｆｔｈｅｍｓｈｏｗｅｄｏｎｂｅａｍｏｕｔｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｃｏｒｅⅡ“ｓｔｒｏｎｇｅｒｃｏｌｕｍｎｗｉｔｈｆｅｅｂｌｅｂｅａｍ；ｓｔｒｏｎｇｅｒｊｏｉｎｔｓｃｕｒＶｅｗｉｔｈｆｅｅｂｌｅｂａｒ”ｉｎｃｏｄｅｆｏｒｓｅｉｓｍｉｃｏｆｔｈｅ１乙ｓｔｉａｋｎｅｒｐｌａｔｅｓｄｅｓｉｇｎｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｓ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｆｒａｍｅｗｏｒｋｊｏｉｎｔｓｈａＶｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｏｎｇｅｒｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｓｔａｇｅａｆｔｅｒａｒｒｉｖｅａｔｔｈｅｐｅａｋＶａｌｕｅｏｆｌｏａｄｉｎｇ，ｔｈｉｓｉｎｄｉｃａｔｅＴ－ｓｔｉｆｆｅｎｅｒｐｌａｔｅｓｊｏｉｎｔｓｈａｖｅｂｅｔｔｅｒｄｕｃｔｉｌｉｔｙｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．（４）Ｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｅｆｒｅｃｔｏｆｒａｔｉｏｏｆａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｓｓｔｏｓｔｒｅｓｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ｑｕａｌｉｔｙ，ｔｈｅｂｅｔｔｅｒｔｏＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄ行ｏｍｆｉｎｉｔｅａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅ，ｕｎｄｅｒａｓｓｕｒｅｄｗｅｌｄｅｆｆｅｃｔｏｆｒａｔｉｏｏｆａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｓｓｔｏｓｔｒｅｎｇｔｈｒａｔｉｏｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｍｏｍｅｎｔ—ｒｅｓｉｓｔａｍｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｊｔｙｓｔｒｅｓｓｔｏｏｆｃ０１ｕｍｎｊｏｉｎｔ，ｔｈｅｏｆａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓｂｉｇｇｅｒ，ｔｈｅｍｏｍｅｎｔ—ｒｅｓｉｓｔａｍｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔｉｓｂｉｇｇｅｒ，ｅａｎｈｑｕａｋｅｒｅｓｉｓｔａｍｃａｐａｃｉｔｙｉｓｂｅｔｔｅｒ：Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅｄ—ｆｉｌｌｅｄｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｓｔｅｅｌｔｕｂｅ；ｂｅａｍ—ｃ０１ｕｍｎｐｌａｔｅｓ；ｊｏｉｎｔｗｉｔｈＴ－ｓｔｉｆｒｅｎｅｒｊｏｉｎｔｓｔｉ行ｎｅｓｓ；ｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ；ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ；ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｂｅｈａＶｉｏｒ兰州理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：丢卅眺删年６月６日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权兰卅Ｉ理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密口，在年解密后适用本授权书。２、不保密囤（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：丢刎日期：硼年占月６日Ｉ导师签名：鸳矽日期：２积年６月二日第１章绪１．１课题来源、研究目的和意义论以方钢管混凝土柱和钢一混凝土组合梁组成的“钢一混凝土组合框架结构体系”，是一种新型、高效、节能、环保型的结构体系，可广泛应用于多、高层房屋建筑结构领域，该组合结构体系以其众多优点已受到工程应用与研究领域的广泛关注。目前，国内外对这种组合结构的研究尚处在构件和节点阶段，对组合结构的节点构造、抗震性能、设计方法以及节点对框架结构整体受力性能的影响等研究还不够深入，所有这些都直接影响了这种新型组合框架结构体系的推广应用，亟待完善。为在实际工程中安全可靠、经济合理的推广应用这一新型组合结构体系，尽快开展对其整体结构、构件、节点等的全面深入研究，为完善和充实我国相关规范的内容提供依据是十分必要、也是十分迫切的。针对目前普通梁柱节点的破坏主要发生在梁柱翼缘焊接接头处，且多为脆性破坏。为了满足“强柱弱梁、强节点弱杆件”的抗震设计原则，目前，为满足强节点要求采取改进措施主要有两种：一种做法是将梁端局部削弱的所谓狗骨式节点，其原理是通过削弱梁截面的方式来降低梁截面的抗弯能力，相当于间接地提高了节点的刚度，从而保证结构在地震作用下梁端出现塑性铰使节点具有良好的延性。根据对现有的方钢管混凝土柱一钢粱节点的分析及设计的基本原则，另一种为节点区局部加强以提高节点区域内的抗弯承载力，同样也可以达到“强节点”目的。近几年韩国汉阳大学Ｋｙｕｎ酣ａｅｓｈｉｎ、Ｙｏｎｇ．ｊｕＫｉｍ等多位学者提出一种改进的节点区局部加强的外部Ｔ型加劲板方钢管混凝土梁一柱节点，并对该类型节点进行了初步试验研究。通过试验发现该节点具有传力路径简洁、明确、施工方便、抗弯承载力高及抗震性能良好等特点。在我国，尚未发现有关学者对该新型节点进行进一步的深入研究，为推进这种改进的Ｔ型加劲板钢管混凝土梁柱节点在我国应用，本文在参照以上几位韩国学者对Ｔ型加劲板节点构造研究的基础上，利用ＡＮｓＹｓ强大的三维有限元模拟计算能力，采用文献试验结果和有限元分析相结合的方法，对影响该新型节点受力性能各种要素进行深入探讨，为早日实现这种节点应用于工程设计，提出较为完善成熟的计算理论和明确的设计方法奠定基础，这将对钢管混凝土结构设计和应用具有重要的经济和理论意义。１．２钢管混凝土结构自１８７９年英国在ｓｅｖｅｒｎ铁路桥的桥墩上首次采用圆钢管混凝土柱至今，钢管混凝土在工程中的应用已有１００多年的历史…。从上世纪初，美国把圆形钢管混凝土柱应用于一些简单的单层和多层房屋，到三十年代末，前苏联采用钢管混凝土建造长１０１ｍ的公路拱桥；从１９６３年，我国成功地将钢管混凝土柱用于北京钢管混凝土柱一钢梁节点受力性能分析地铁车站工程，到如今利用钢管混凝土柱作为地下室的支柱进行“逆做法”施工，钢管混凝土在上木工程领域正得到Ｆ｜益广泛的认可和运用。所谓钢管混凝土结构，就是在钢管中填充素混凝土，利用钢管和混凝土在受力过程中的相互作用，提高结构的承载能力。钢管混凝土结构中，由于钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于多向受力的复杂应力状态，从而使混凝土强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善，同时由于混凝土的支撑作用可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，可以保证其材料性能的充分发挥。钢管混凝土除具有上述最突出的特点外，与钢筋混凝土和钢结构相比，它还有许多其它优越性。（１）由于承载力的提高，相同荷载条件下，钢管混凝土柱比普通混凝土柱截面（如利用高强度钢板与ｃ６０以上高强混凝土组成的钢管混凝土柱）可减小近一半，有效地解决了高层“胖柱”的问题，可增加使用面积５％一８％。（２）钢筋混凝土在施工过程中需要支模，而钢管混凝土的钢管本身就可以作为浇筑其核心混凝土的模板。所以，钢管混凝土可以节约模板费用，同时不需支模、拆模等工序大大加快了施工速度，缩短工期。如利用高强度钢板与Ｃ６０以上高强混凝土组成的钢管混凝土柱作为地下室的支柱而进行逆做法施工，一幢数十层大厦的施工工期可缩短半年至一年。（３）与钢筋混凝土结构相比，钢管混凝土结构显然抗震性能优越，延性好。（４）与钢结构相比，钢管混凝土结构核心混凝土有效地提高了结构的耐火性能。可节约防火涂料，降低工程造价。综上可见，钢管与混凝土结合工作，不仅可以弥补两种材料的各自缺点而且能够充分发挥二者的优点，这是钢管混凝土的优势所在。由于，钢管混凝土具有上述承载能力高，塑性和韧性好，施工方便、耐火性能较好，经济效果好等优点，所以能够适应现代结构向大跨度、高耸重载发展和承受恶劣环境的需要，符合现代施工技术的工业化要求。因而正被越来越广泛的应用于工业厂房、高层和超高层建筑、拱桥和地下结构，是结构工程科学的一个重要发展方向。１．２．１矩形钢管混凝土结构较圆形钢管混凝土结构的优点钢管混凝土结构根据截面形式的不同，可分为圆形钢管混凝土结构、方矩形钢管混凝土结构等。过去，在我国研究及应用较多的一般是圆形钢管混凝土。方矩形钢管混凝土与圆形钢管混凝土相比，具有以下优点：（１）节点构造简单，构件连接方便的优点。与圆形截面钢管混凝土结构相比，矩形截面钢管混凝土结构构件之间的交贯线在一个平面内，便于加工，施工工期短、成本低，在框架结构中，矩形截面钢管混凝土结构在节点方面的优势体现得更加充分。硕士学位论文（２）截面惯性矩大，稳定性能好。因此，对于受稳定性能控制的中长柱，矩形截面钢管混凝土受压优于圆形截面钢管混凝土受压构件。（３）防火造价低。圆钢管柱外表防火要用价格昂贵的防火喷涂，而方矩形钢管混凝土柱只需覆盖相对便宜的平板形式的防火板材。１．２．２国内外对矩形钢管混凝土结构研究的概况由于方、矩形钢管混凝土结构的诸多优点，国内外一些科学工作者对方矩形钢管混凝土结构产生浓厚兴趣。因此，上世纪６０年代起，国外一些学者开始致力于方矩形钢管混凝土柱承载力方面的研究。１９６４—１９６５年ｃｈａｐｍａｎ和Ｎｅｏｇｉ对圆形、矩形、方形截面钢管混凝土柱进行比较全面的对比试验研究１２３，标志着对方钢管混凝土应用研究的开始。到目前为止，国外己经制定了多部有关钢管混凝土的设计规范，其中主要有ｓｓＬｃ（１９７９），美国Ａｃｌ３１９—８９，欧洲Ｅｃ４（１９９２），美国ＬＲＦＤ（１９９４），德国ＤＩＮ１８８０６（１９９７）和日本ＡＩＪ（１９９７）等【３】。这些规范中同时包括了圆钢管混凝土和方钢管混凝土构件设计计算方面的条文，其中以欧洲Ｅｃ４（１９９２），美国ＬＲＦＤ（１９９４）和日本ＡＩＪ（１９９７）最具代表性。国内，自上世纪五六十年代以来，对钢管混凝土力学性能和设计方法的研究也取得了较大的进展。尤其是近十年来取得了令人瞩目的成就，先后由国家建材总局、中国工程建设标准协会、国家经贸委和中国人民解放军总后勤部等颁发了有关设计规程，分别有《钢管混凝土结构设计与施工规程》ＪｃＪｏ卜８９吧《钢管混凝土结构设计与施工规程》ｃＥｃｓ２８：９０【５］，《钢一混凝土组合结构设计规程》ＤＬ／Ｔ５０８５一１９９９和《战时军港抢修早强型组合结构技术规程》ＧＪＢ２００１，其中只有ＧＪＢ２００１涉及到方矩形钢管混凝土结构构件设计方法的内容。同时，中国工程建设标准协会于２０００年６月又成立了《矩形钢管混凝土结构技术规程》编制组，在总结国内外研究成果的基础上，编制完成了《矩形钢管混凝土结构技术规程》并于２００４年８月１日起正式施行。１．３方钢管混凝土框架节点形式方钢管混凝土框架节点形式主要有五种：外隔板式、内隔板式、贯穿加强板式、穿筋式和外置式，如图卜１、图卜２所示：其中外隔板式、内隔板式和贯穿加强板式【６】主要用于与钢梁的连接，穿筋式和外置式【７Ｊ主要用于与钢筋混凝土梁的连接。内外横隔板式主要是钢梁的上下翼缘与加强板或钢管外壁焊接以传递弯矩，钢梁腹板与钢管外壁焊接或螺栓连接以传递剪力。贯穿隔板式目前只有日本对其研究应用，我国并未采用。外置式节点梁端弯矩通过环梁传递，梁端剪力通过环梁和肋钢筋向柱传递；穿筋式节点通过主筋穿过钢管的方式传递梁端弯矩，梁端剪力的传递方式同外置式节点。（ａ）外隔板式图（ｂ）内隔板式（ｃ）贯穿隔板式图卜１方钢管混凝土柱一型钢节点Ｉ扫ＬＪ＃图卜２方钢管混凝土柱一钢筋混凝土梁节点国外一些学者早在上世纪初就开始对圆钢管混凝土进行研究，他们的研究主Ｊ，主要有以下几种代表思想：（１）铰接：１９７０年ｃＩＤＥＣＦ以表格形式发表了Ｎｅｏｇｉ等关于钢管混凝土柱的试验的梁和板都设计成简支，剪力只传递到节点”，换句话说，假定为“简单节点”，的应变协调几乎不可能。Ｅ．Ｄｕｎｂｅｒｒｙ等于１９８７年，以方钢管混凝土柱模拟简单节点的荷载传递方式，进行了四个系列的节点试验研究：试验中分别测量沿柱高钢管４１．４方钢管混凝土柱节点的研究概况１．４．１国外对方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的研究要都集中在将钢管混凝土整个结构或单个基本构件，包括分析其工作性能、承载力、设计方法、节点构造、施工技术等方面，对于钢管混凝土框架节点域受力性能研究的较少１８结果，推荐的节点构造应与理论分析和试验研究的端部条件相容，即“与柱相联在简单节点中，梁端荷载仅通过支托角钢传到钢管外壁，无须穿越钢管，因此节点的造价相对便宜，被广泛应用于无侧移框架中，但这类简单节点的节点区域内，钢管混凝土柱的性能不是很清楚，在节点域从钢管到内填混凝土之间的荷载传递依赖于两种材料问的粘结、摩擦和节点变形等影响，要保持钢和混凝土两种材料和混凝土的应变，从而考察两者共同工作的性能。（２）刚接：１９７４年ＰＡｎｓｏｕｒｉａｎ进行了一批工字钢梁与焊接方钢管混凝土柱刚性连接的试验。（３）半刚性连接：与钢结构中的情形一样，在钢管混凝土结构中即使采用最简单的连接节点，也会存在较大的内在刚性。因此，人们担心简单的铰接设计方法会导致过低估计柱中的弯矩。另一方面，按完全刚性连接设计的框架中，在梁的负弯矩区域，由于截面中和轴上移，使得梁底翼缘具有更大的失稳趋势。如果采用塑性设计法，这个问题更为严重，因为梁的弯矩分布（柱位置处最大）和梁截面承载力分布（跨中承载力最大）差异很大，为了经济上的考虑，一般要求有较大的内力重分布，这导致在负弯矩区对梁的转动能力有过高的要求。由于按简单设计和全部刚性设计方法都会遇到一些问题和困难，人们开始提出组合结构的半刚性连接设计概念【９卜【１１】，并对半刚性连接节点进行了一些试验研究。１９８１年Ｏｗｅｎｓ和Ｅｃｈｅｔａ提出了一种组合框架中半刚性连接的设计方法，该方法以施工期问的荷载（即恒载＋施工荷载）按简支设计钢梁，然后以使用阶段的荷载（即恒载和活载的标准值）按刚接框架设计连接节点，再按极限状态设计柱，使钢梁和组合柱在节点处都能承受一定量的弯矩（６０％一７５％钢梁的塑性弯矩）Ｏｗｅｎｓ和Ｅｃｈｅｔａ的研究表明这种设计方法可应用于梁跨度较大的结构中，由于相对铰接节点而言半刚性节点梁的重量可以适当减轻，而相对刚性节点而言半刚性节点易于制作和施工，这种方法可获得经济效果；又由于这种设计方法和结构的实际性能密切相关，通过试验验证可以认为是合理、可靠的设计方法。尤其是这种方法设计简便，只比传统的无侧移框架的简化设计方法稍微增加一些工作量。随着钢管混凝土柱越来越多的被应用于多高层建筑，到了上世纪９０年代，由于工程应用的需要，日本率先开始方钢管混凝土柱与钢粱节点的受力性能和连接构造研究，并以日、美等国为代表的发达国家，于１９９３年成立了“美一日地震工程合作研究计划：组合与杂交结构”组织（ｕ．ｓ．一ＪａｐａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒａｍＣｏｍｐｏｓｉｔｅａｎｄＨｙｂｒｉｄｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅＥａｒｔｈｑｕａｋｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ），对钟９一混凝土组合结构进行了有计划有组织的跨国研究，其内容包括各种组合结构、构件、不同构造节点等的承载能力和抗震性能研究，取得了较为丰硕的成果，现在正在向纵向发展。特别是在１９９４年美国Ｎｏｒｔｈｒｉｄｇｅ和１９９５年日本阪神地震【”卜Ｉ“】后，世界各国开始对钢结构、钢一混凝土组合结构的连接进行了大量的研究，并定期在国际范围进行专题讨论交流，为各国制定相关规范和工程应用起了重要作用。近几年，不少学者对钢管混凝土柱框架节点域受力情况进行了理论和试验研究（圆形和方矩形），现以方钢管混凝土梁一柱节点为主，简单介绍如下：图卜３所示为日本建筑学会【ｌ５１推荐的几种连接形式。另外日本规程【ｌ６Ｊ还给出了带内外隔板的圆、方钢管混凝土柱节点的抗剪和抗弯强度校核公式，但因没考钢管混凝土柱一钢梁节点受力性能分析虑内隔板对节点域强度的贡献而计算结果过于保守。在方钢管混凝土柱与刚梁的连接节点的抗震性能方面，日本是研究最早的国家之一。１９９１～１９９５年，ＭａｓａｒｕＫｏｊｉＭ．和Ｓａｔｏｓｈｉ（Ｔ．．Ｓａｓａｋｉ等人‘１７】报道了方钢管混凝土柱和Ｈ型钢梁刚性连接的一霭留勰（ａ）内隔板形式图卜３（ｂ）外隔板形式（ｃ）贯通隔板形式日本建筑学会推荐的部分连接形式结构性能的试验研究，节点梁柱均为焊接连接，试验的内容包括：梁一柱连接区域采用加强内隔板或不设内隔板；梁柱间采用轴心连接或偏－心连接；柱钢材采用普通强度或高强钢材，钢管柱由钢板采用部分穿透或者全穿透焊缝焊接而成。试验表明：（１）该种刚性连接有足够的承载能力，稳定的滞回特性和良好的延性，适合于结构抗震；（２）梁一柱连接的屈服和极限承载力可按屈服线理论进行估算；③采用考虑钢和混凝土作用的简单应力传递机制能较好地估计节点板的屈服和极限抗剪能力。１．４．２国内对方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的研究近年来，我国学者对矩形钢管混凝土梁一柱节点域的受力性能进行了一定的研究。其中有同济大学‘１８～２０１的余勇和吕西林、哈尔滨工业大学【２Ｈ３１的张大旭和张素梅、西安建筑科技大学何保康和周天华及福州大学宗周红和林于东等人。他们的研究为解决方钢管混凝土结构中梁柱连接问题作出了很大的贡献。现将他们的研究成果分列于下：（１）在日本研究成果的基础上，１９９９～２００２年，针对下图所示带内隔板的节点，同济大学又进一步做了方钢管混凝土柱与钢梁全焊接连接的动、静力模型试验和理论研究，包括模拟柱与梁的受拉翼缘连接的十字形单调拉伸试验、柱与梁连接的组合体试件的低周反复加载试验，研究成果己被我国《矩形钢管混凝土结构技术规程》采用。另外规程中还推荐了带外隔板的方钢管混凝土柱梁节点图卜５如上，图卜４和图卜５两种节点形式与日本建筑学会推荐的前两种形式基本相同。（１）同济大学模拟方钢管混凝土柱与钢梁受拉翼缘的拉伸试验（如图卜６）得到如下主要结论：ａ）内隔板可以有效地增加连接区域的承载力和刚度，其内孔直径越小、厚度６审上謦（ａ）节点平面（ｂ）节点卜１剖面图１—４带内隔板的方钢管混凝土柱一钢梁节点（ａ）节点平面（ｂ）节点卜１剖面图卜５带外隔板的方钢管混凝土柱一钢梁节点越大则变形越小，梁柱连接区域的承载力也越大；因柱腹板的内凹变形受到内填混凝土的阻止，故内填混凝土对节点域变形的约束作用明显。ｂ）柱宽厚比的变化对变形影响不大，而对屈服荷载存在一定的影响，在其他条件相同的情况下，柱壁厚越大，屈服荷载越大。ｃ）借助于在柱翼缘、梁翼缘和内隔板上的应变测量可以发现，首先是内隔板上绕钢梁翼缘边缘部位达到拉伸屈服应变；而后，柱翼缘的应变也达到拉伸屈服应变。通过这些应变的分布，可以了解连接区域的应力传递机制。ｄ）屈服线理论能较好地反映连接节点的受力屈服机制。根据试验结果假定内隔板连接抗弯屈服线机制如图卜７，利用虚功原理给出了节点静力抗弯屈服承载力的计算公式为：驴见＋岛＝坠掣＋半＋吩胞州ｚ）㈧ｔ，肘且＝砟（眈一０）（１．２）式中：皿为方钢管柱宽，见为梁截面总高度，０为钢梁翼缘厚度，０为内隔板厚度。ｅ）同济静力拉伸试验试件的内隔板厚度均为小等于梁翼缘厚度，故而出现内钢管混凝土柱一钢梁节点受力性能分析隔板先屈服，梁端翼缘后屈服的情况，并以此为依据建立图１．７所示的屈服机制，但是，实际工程应用中采用内隔板的厚度一般要求大等于梁翼缘厚度，这样实际情况应该是梁端先屈服，而内隔板因较强不会出现屈服，因此，图１．７所示的屈服机制与实际工程应用存在不一致，有待完善。聃镑潞靛上牦｜Ｉ嬲黔ｉ｝ｌＡ可嚣慧碚磨图１．７内隔板连接的抗弯屈服机制，习兰图１．６十字形拉伸试验示意图（２）西安建筑科技大学何保康和周天华等，在同济大学对带内隔板钢管混凝土柱一钢梁节点的试验及理论分析基础上进一步深入地做了以下研究工作。ａ）足尺节点试件的试验研究：结合杭萧钢构股份有限公司的国家重点技术创新项目“高层建筑钢一混凝土组合结构产业化”及杭州瑞丰国际商务大厦试点工程项目，在国内首次进行了带内隔板的梁柱连接节点的大型足尺模型试验。根据该工程（主体结构２４层）中实际采用的方钢管混凝土柱一钢梁栓、焊接连接节点构造型式，尺寸取用主体结构的上、中、下部主框架平面中间十字型足尺节点，数量三个，作为Ａ类试件（如图卜８所示）；同时再取三个尺寸完全同Ａ类试件，而梁、柱采用全对接焊缝连接的Ｂ类试件作为对比试件。对Ａ，Ｂ两组共六个试件，进行柱顶施加恒定轴力、柱端施加水平低周往复荷载的拟静力试验，以测定具有真实工程特征的节点性能并为三重三维非线性有限元分析提供验证数据。ｂ）针对带内隔板的方钢管混凝土柱一钢梁节点的具体情况，利用ＡＮｓＹｓ较精确地分析了节点区应力分布，并将理论分析与试验结果进行了比较分析。ｃ）利用三维非线性有限元分析方法，考察轴压比大小、混凝土强度等级的变化等因素对节点单调加载及滞回性能的影响。罴采ｉ‘●挂瓣ｒ＼Ｈ．ｍ。，ｒｒ§§茎…鋈旷Ｉ。黝一一｝ｒｉ：＝ｉ｝淫ｉ墓∞Ｄｌ冲§ｉ图１－８试件形式及主要尺寸８ｄ）根据试验研究和钢结构的研究成果，提出削弱梁端的“骨形”连接用于“带内隔板的方钢管混凝土柱钢梁节点”，并利用三维非线性有限元对比分析其受力特性。ｅ）根据试验和理论研究，对《规程》中对带内隔板的梁柱栓焊连接节点抗震设计内容提出改进建议。得出如下结论：１）破坏形态：所有试件梁端对接焊缝垫板的焊点均在试验中首先被拉断。所有试件均在柱边梁端１倍梁高范围内出现塑性铰（翼缘与腹板局部屈曲）。Ａ类（栓一焊连接）节点破坏时，腹板连接螺栓均有较大滑移，且螺栓孔产生较大的挤压变形，但无螺栓剪断现象，腹板螺栓连接板仍能较好地起作用，梁端始终未能脱落。Ｂ类（全对焊连接）节点破坏后，梁端翼缘对接焊缝的裂缝向腹板延伸，最后可能导致梁端彻底脱落。２）延性及耗能：Ａ，Ｂ两类节点均有良好的受力性能，在相同尺寸和轴压比的情况下，总的情况是：Ａ类节点的延性较Ｂ类略好一些，而耗能能力Ｂ类节点却略大一些，但二者相差不大。因此，Ａ，Ｂ两类节点构造均可用于工程实践。３）节点的强度特点：Ａ类试件梁端腹板的抗剪能力大小直接受摩擦型高强螺栓数量及大小的影响，而这一因素又是设计中可灵活调整的。原设计Ａ类试件梁端腹板的摩擦型高强螺栓连接，其抗剪承载力设计值与梁端抗弯能力相比偏小，试验中均先出现螺栓滑移（设计意义上的破坏），再由栓杆承剪传力（实际己是承压型高强螺栓）的情况，所以最终测得的梁端极限剪力均超过设计值，试验极限剪力约为设计值的１．１２２至１．８７５倍。Ｂ类试件梁端腹板均为对接焊缝连接，其抗剪能力与梁端抗弯能力相比除个别试件外均偏大，试验中梁端先形成塑性铰，弯矩先达到最大而不再增长，故梁端的剪力也不再增长，即不会出现抗剪破坏。４）结合试验结果：分别对节点抗弯承载力计算、节点抗剪承载力（分为节点连接出梁端抗剪承载力和核心区抗剪承载力）计算方法提出了建议。（下只简介核心区抗剪承载力计算的建议）带内隔板方钢管混凝土柱一钢梁全焊接节点核心区抗剪承载力计算可采用图卜９，卜ｌＯ所示的受力机制，同时考虑弯矩、剪力和柱子轴力的影响。假设在节点达到抗剪极限状态前柱子壁板不发生局部屈曲，根据塑性极限分析，节点域的抗剪能力计算公式可表达为下列迭加形式：■＝屹＋Ｋ＝Ｋ＋‰＋■式中：矿一一节点域总的抗剪能力Ｋ一一节点域混凝土部分的抗剪能力圹一一节点域钢“框架一剪力墙”的抗剪能力Ｋ。一一腹板（钢剪力墙）部分的抗剪能力”一一翼缘框（板式钢框架）部分的抗剪能力９‰＝去魍砌）旷了式中：ｆ一一节点域柱子腹板厚度，一一钢材抗拉强度设计值盯一一小柱子腹板所承受的柱传来轴压应力矿：盟Ｈｂ—ｔｂｆ式中：屯，、ｆ一分别为梁、柱翼缘的厚度：珥皿一分别为梁、柱截面高度蛳。４。一口～园图１弗，０图１—９节点核心区“钢框架一剪力墙”受力机理‰融ｄ图１０节点核心区混凝土的受力（斜压短柱）Ｋ＝（Ｏ．３＋０，１叩）（月：一２≠）２正式中：玎一一柱截面折算轴压比。Ⅳ＂＝％ｆ一一混凝土轴心抗压强度设计值。所以，节点核心区总的抗剪承载力为巧＝（ｏ．３＋ｏ圳皿砌）２正＋去≠（皿砌）护二７＋吾竺≠Ｖｊ１１＾一‘矿西安建筑科技大学还通过ＡＮｓＹＳ建模，计算节点域抗剪承载力与上述两校的公式计算结果相比，发现同济大学提供的节点域抗剪承载力公式（即规程推荐的公式）计算的数值偏大，且不能反映出轴压比对节点核心区抗剪承载力的影响；西安建筑科技大学的节点核心区抗剪承载力公式，能反映出轴压比的影响，理论相对比较完善，其计算结果相对适中。所以，西安建筑科技大学提出的公式，明确反映了柱子轴力对节点域混凝土和钢板抗剪性能的影响，建立公式的受力机制概念较清楚、方便理解，公式计算也相对简单、更方便应用。硕士学位论文（３１福州大学宗周红和林于东等人提出了实际工程中可能遇到的几种“钢管混凝土与钢梁”连接的“半刚性”节点形式（图卜１１，卜１２），双Ｔ板连接节点与加劲端板连接节点在节点现场连接时都没有焊接工作量，都采用穿心螺栓与钢梁连接，在构造上有一定的相似之处，施工比较方便。文章对它们进行了柱端低周反复荷载作用下的拟静力试验，从而了解两种节点在不同轴压比下滞回性能、强度与刚度退化、延性及破坏机理。并与焊接翼缘板节点（如图卜１３所示）作了比较。得到如下结论：１）双Ｔ板连接节点、加劲端板连接节点都是钢梁屈服，梁端加劲端板或上下Ｔ板在加载过程中，发生了较大的变形与钢管混凝土柱的穿心连接螺栓发生松动、脱牙甚至螺帽掉落；而焊接翼缘板连接节点出现柱屈服，梁未屈服，连接翼缘板与钢管混凝土柱的水平部位焊缝拉裂、钢管柱角竖向焊缝拉裂等，最后都是以节点产生较大转动变形而破坏。２）不同轴压比对节点转动有一定的影响，双Ｔ板连接节点、加劲端板连接节点具有良好的转动延性与耗能能力。且双Ｔ板连接节点、加劲端板连接节点的延性性能要好于焊接翼缘板连接节点。串带帮赫茹鼯图１＿１１双Ｔ板连接节点图１－１２加劲端板连接节点图卜１３焊接翼缘板连接节点１．５问题的提出及本文的主要工作目前国内关于矩形钢管混凝土梁柱节点型式比较少，大部分工程中都是借鉴国外的节点形式。尽管近年来国内有许多学者矩形钢管混凝土柱节点的试验研究做过大量的工作，大多数钢管混凝土柱节点还没有较为完整和成熟的计算理论和明确的设计方法，所以应用于实际工程中的矩形钢管混凝土梁柱节点型式就只有为数不多的几种，韩国汉阳大学Ｋｙｕｎｇ—ｊａｅｓｈｉｎ、Ｙｏｎｇ—ｊｕＫｉｍ等几位学者提出一种改进的外部Ｔ型加劲板钢管混凝土梁一柱节点，并对该类型节点进行了初步试验研究。通过试验发现节点具有传力路径简洁、明确、施工方便、抗弯承载力高及抗震性能良好等特点。对于ＫｙｕｎｇｊａｅＳｈｉｎ等学者的研究结果具有较高的参考价值，但由于节点是诸多构件的力流交汇之处，受力复杂，该新型节点性能的影响参数较多，如内填混凝土、加劲肋长度、高度和梁柱相对尺寸等，加上在实际钢管混凝土柱一钢梁节点受力性能分析工程中应用时还需提供较为完整和成熟的计算理论和明确的设计方法。而试验研究毕竟是建立在为数不多的缩尺模型试验基础上，对影响节点受力性能各种要素研究还不够深入，特别是节点在循环加载下的数值模拟与参数分析，所以无法直观地了解各细部受力情况。针对此问题，本文在参照韩国学者的Ｔ型加劲板钢管混凝土梁一柱节点研究的基础上，利用ＡＮｓＹｓ强大的三维有限元模拟计算能力，针对的具体情况采用三维实体单元对Ｔ型加劲板钢管混凝土梁柱节点进行了三维建立模型。通过合理的单元选取和网格划分，较为精确地分析节点区应力分布，弥补了试验中无法直观地了解各细部受力情况的缺陷，并采用文献试验结果和有限元分析结果相结合的方法，对这种新型节点进行了较为系统的分析，本文主要开展了以下工作：（一）建立与文献资料等尺寸，材性（钢材，混凝土）相同的５个有限元模型并分别进行计算。然后将新型节点的有限元计算结果与文献的试验结果进行对比分析（二）分析了影响Ｔ型加劲方钢管混凝土柱一Ｈ型钢梁节点刚度的主要因素，得到了影响节点刚度的各参数对Ｔ型加劲节点刚度的影响规律。（三）对七种不同构造型式的方钢管混凝土柱一Ｈ型钢梁节点分别进行单调加载和低周往复循环加载作用下的有限元计算，分析了新型节点的受力机理、滞回及延性性能，并探讨了轴压比对节点受力性能的影响。第２章钢管混凝土梁－柱节点有限元基本理论２．１概述钢管混凝土柱与钢梁框架节点，是由钢和混凝土两种材料有机结合的组合体，因此它既具有钢结构节点的特性，又具有混凝土结构节点的特性。但是由于二者问存在材性差异以及正常受力时二者协调工作（如粘结滑移和约束等）问题，所以这类节点比单纯的钢结构节点和混凝土结构节点具有更为复杂的受力特性１２“。本文利用大型通用有限元程序ＡＮＳＹＳ８．Ｏ，采用三维实体单元对以钢材、混凝土和高强螺栓等组成的节点进行了三维建模，并同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面一面接触非线性以及各种材料的非线性等三重非线性因素，梁节点进行了分析，通过合理的单元选取和网格划分，较为精确地分析了节点区应力分布，模拟分析了单调加载和低周反复荷载作用下节点的滞回性能，并与文献试验结果进行了比较分析。其次，还分析了改变轴压比对节点受力性能的影响。用非线性有限元对方钢管混凝土柱与钢梁框架节点进行分析，主要涉及到以下几方面的问题：１１钢材本构模型的选取；２１混凝土的材料模型选取及其材料非线性的处理；３）高强螺栓预拉力的模拟和连接的面一面接触问题；４】钢管与管内混凝土的粘结问题：２．２材料的本构关系为了研究方钢管混凝土柱与钢梁的连接节点，用有限元模拟节点的受力情况，就必须确定钢材和混凝土的本构关系。本文研究的节点形式中，分别用到了普通低碳钢、高强螺栓和混凝土三种基本材料。２．２．１混凝土本构关系混凝土作为工程中应用最广的建筑材料之一，其特点是材料组成的不均匀性，并且存在初始微裂缝。尽管近３０年来广泛研究并己有很大的进展，混凝土结构的数值分析依然遇到许多困难。这主要是因为混凝土内在力学性能的高度复杂性，这导致许多材料模型的出现。不同学者基于不同的理论建立了不同的混凝土本构关系，已有的理论模型主要有以下六种【２５】：１）线弹性理论；２）粘弹性理论；３）塑性理论：４）断裂力学理论；５）损伤力学理论；６）内时理论。对钢管混凝土而言，核心混凝土由于受钢管的约束，钢管和混凝土之间存在着相互作用，主要体现在：钢管对核心混凝土的约束作用，使混凝土材料本身的性质得到改善，即强度得以提高，塑性和韧性大为改善；同时由于混凝土的存在，延缓或阻止了钢管内凹的局部屈曲。混凝土是一种脆性材料，单轴受拉强度仅为受压强度的约１／１０左右，易发生裂缝，而裂缝出现后会引起裂缝周围应力的突然变化和结构刚度降低。故合理地模拟混凝土裂缝的作用是混凝土非线性分析的关键环节。早期的混凝土有限元分析采用了离散裂缝模式（Ｄｉｓｃｒｅｔｅｃｒａｃｋｉｎｇｍｏｄｅｌ），裂缝出现后增加节点或者重新划分网格，计算量逐渐增大，分析比较麻烦，大型结构分析较少采用。１９７０年，Ｆｒａｎｋｌｉｎ提出了弥散裂缝模型（ｓｍｅａｒｅｄｃｒａｃｋｉｎｇｍｏｄｅｌ），实质是以弥散的裂缝来替代单独的裂缝，这种方法由于不必增加结点和重新划分单元，很容易由计算机自动进行处理，可以自动跟踪裂缝的发展故得到广泛应用，最初的弥散裂缝一般在整个线性单元中等角度弥散，近期的研究中又出现了在高斯积分点周围区域变角度弥散方式。ＡＮｓＹＳ中有专门处理混凝土的ＳＯＬＩＤ６５单元（八节点３Ｄ体单元），应用这个单元有两个条件需要确定：（１）本构条件：一般而言多线性随动强化模型合理的选取参数后可以比较接近混凝土模型，换句话讲ＡＮｓＹＳ采用的是弹塑性本构模型：（２）破坏准则：此单元在多轴应力状态下采用ｗｉｌｌｉａｍ—ｗａｒｎｋｅ五参数破坏准则，应用这一准则通过定义Ｃｏｎｃｒｅｔｅ材料模型即可，Ｃｏｎｃｒｅｔｅ材料模型的基本参数有裂缝闭合截面的剪切传递参数，单轴和多轴抗拉、抗压强度等。可以考虑混凝土的弥散式开裂和压碎。２．２．２钢材的本构关系国内外有关钢材在往复加载情况下应力一应变关系模型的研究已取得很多成果，图２．１（ａ’ｂ和ｃ）所示为几种常用的模型，其中，最简单的是理想弹塑性滞回模型［图２．１（ａ）］，但由于没有考虑钢材的强化作用和在往复应力作用下存在的Ｂａｕｓｉｎｇｅｒ效应，所以和实际情况有一定的差别。在图２．１（ｂ）所示的三线中，其骨架曲线（也称包络线）采用了线性强化，图２．１（ｃ）所示模型的骨架线考虑了钢材的屈服平台。以上两类模型考虑了钢材的强化作用和在往复应力作用下存在的Ｂａｕｓｉｎｇｅｒ效应问题。图２．１中，ｓ，，为钢材屈服极限ｆ，对应的应变。在进行钢管混凝土构件滞回性能的研究时，通过对试验结果的分析和试算，发现类似于图２．１（ｂ）所示的模型可以较好地反映组成钢管混凝土的应力一应变关系特性【２”。骨架线由两段组成，即弹性段（ｏａ）和强化段（ａｂ），如图２．２所示。在图２．２所示的模型中，当钢材在进入强化段ａｂ前卸载时，加卸载刚度采用初始弹性模量Ｅ。，且下考虑Ｂａｕｓｉｎｇｅｒ效应。反之，当钢材在强化段ａｂ卸载时，则１４需考虑Ｂａｕｓｉｎｇｅｒ效应。图２．２所示模型的特点是，当从ｃ点卸载，按弹性阶段刚度反向加载到ｄ点，ｄ点为反向加载线与通过（０，一Ｏ．３５）点平行于ａｂ段直线的交点。继续反向加载，进入软化段ｄｅ，ｅ点为通过ｄ点，刚度Ｋ。＝０．１Ｅ，的直线与ｏ。６’延长线的交点；继续反向加载，沿叩’ｃ’ｄ’Ｐ。口依次进行，软化段ｄ’Ｐ’的确定办法与ｄｅ段类似。。／ｆｙ算弹扫爿一一”’／一￡ｖｔ一｜：｜｜；；／ｅ．≯—亭／ｊ二厶‘（ａ）（ｂ）图２．１往复荷载作用下钢材的应力一应变关系。／十ｙｂ（ｃ）圳２．２．２．１屈服准则：ｖｏｎ一一Ｉ霞弧ｌ型Ｉ＿一图２．２钢材的应力一应变关系模型Ｍｉｓｅｓ屈服准则作为通用的屈服准则，规定当等效应力超过材料的屈服应力时，将发生塑性变形。流动准则描述了缘生屈服时，塑性应变的方向，也就是说，流动准则定义了单个塑性应变分量（≮声，声：等）随着屈服是怎样发展的。金属材料一般采用ＶｏｎＭｉｓｅｓ屈服准则及相关联的流动准则。有两种基本的强化准则，即等向强化准则和随动强化准则。可以在主应力空间中画出Ｍｉｓｅｓ屈服准则曲面，见图２．３２．２．２。２强化准则强化准则描述了初始屈服准则随着塑性应变的增加是怎样发展的，屈服面的变化是以前应变历史的函数‘２７１。在ＡＮｓＹｓ程序中，使用了两种强化准则，即等向强化和随动强化。等向强化准则描述了初始屈服曲面随着塑性应变的增加是怎样发展的。等向强化是指屈服面以材料中所作塑性功的大小为基础在尺寸上扩张。对Ｍｉｓｅｓ屈服准则来说，屈服面在所有方向均匀扩张。见图２．４步图２．３Ｍｉｏ，一屯＿ｏ’％ｓｅｓ屈服准则曲面图２．４等向强化时的屈服面变化图由于是等向强化，在受压方向的屈服应力等于受拉过程中所达到的最高应力。随动强化假定屈服面的大小保持不变而仅在屈服的方向上移动，当某个方向的屈服应力升高时，其相反方向的屈服应力应该降低。见图２．５图２．５随动强化时的屈服面变化图在随动强化中，由于拉伸方向屈服应力的增加导致压缩方向屈服应力的降低，所以在对应的两个屈服应力之间总存在一个２盯。（屈服强度的差值），初始各向同性的材料在屈服后将不再是各向同性的。本文既研究节点在单调加载的受力性能和低周往复循环加载的抗震性能，故应考虑鲍辛格效应，采用随动强化准则。２。３接触问题接触问题一般分为两种基本类型：刚体．柔体的接触，柔体一柔体的接触。１６ＡＮｓＹｓ支持３种接触方式：点一点、点一面和面一面的接触，每种接触方式使用的接触单元只是用于某类问题。为了给接触问题建模，在求解这个问题时首先应准确的判断其接触区域，同时为了防止几何模型和潜在变形的多样性，使用多组接触单元。本文就采用柔体一柔体的接触，其接触方式选用面一面接触类型。在柔体．柔体的面一面接触类型中，一个刚度较大的面作为“目标”面，另一个表面作为“接触”面，在三维实体模型中分别用ＴＡＲＧＥｌ７０和ｃＯＮＴＡｌ７４来模拟，接触单元不能穿透进入目标面，但目标单元能够穿透进入接触面。一个目标单元和一个接触单元叫做一个“接触对”，为了建立一个“接触对”，程序给一对目标单元和接触单元指定相同的实常数号。接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元，有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对。在定义了单元类型之后，需要选择正确的实常数设置，程序通过一个共享的实常数号来识别“接触对”，不同的接触对有不同的实常数号。所有的接触问题都需要定义接触刚度，两个表面之间渗透量的大小取决于接触刚度【２８１。接触刚度过大可能会引起病态矩阵，从而造成收敛困难。对面一面接触单元，程序使用增强拉格朗日算法或罚函数方法来给柔性体单元的材料特性计算一个合适的接触（罚）刚度。增强拉格朗日算法是为了找到精确的拉格朗日乘子而对罚函数修正项反复迭代，与罚函数方法相比，拉格朗日算法不易引起病态条件，对接触刚度的灵敏度较小。本文分析接触问题的处理：１）高强螺栓连接的面．面接触问题，每个螺栓有四个接触问题：螺栓杆与钢梁腹板孔壁，螺栓杆与竖向剪切板孔，螺栓杆与螺母孔壁，螺母与竖向剪切板；２）钢管壁和混凝土界面处布置三维面一面接触。对面一面接触均采用大型有限元通用程序ＡＮｓＹｓ提供的６节点三角形目标单元（３ＤＴａｒｇｅｔｌ７０）和对应的６节点三角形目标单元（３ＤＣｏｎｔａｃｔｌ７４）。＋２．４螺栓预拉力的模拟在有限元计算中预拉伸力不是荷载条件，而是一种初始条件。在节点区如角钢和梁腹板间存在大面积的接触区，如何模拟接触区的力学特性是建立这种节点有限元模型，分析其破坏机理的关键。ＡＮｓＹｓ提供了预拉伸单元ＰＲＥＴＳｌ７９【２川来连接预拉伸结合件，两个结合件必须通过预拉伸单元来结合，其关键在于判断结合件的状态、预拉伸单元的插入及分网。螺栓的预拉力对连接的应力有重大影响，预拉伸单元ＰＲＥＴｓｌ７９在接合件处模拟一个预拉伸截面，预拉伸荷载可以是一个施加的预拉伸荷载或接合件的一个初始的拉紧平差。图２．６所示为螺栓的预拉伸及有限元分析的例子，接合件可由任何２Ｄ或３Ｄ单元组成，与拉伸截面不一定维平面，但预拉伸载荷作用的预拉伸截面必须在接合件内部定义，且预拉伸截面的两边必须有重合节点，也就是说两个接合件必须通过预拉伸单元来接合。每个表面上的预拉伸节点用来控制和检查总的拉伸载荷，预拉伸截面的预拉伸载荷的方向必须通过实常数组（Ｎｘ，ＮＹ，Ｎｚ）来指定，在指定的预拉伸截面上，所有预拉伸单元必须使用同样的实常数组及同样的预拉伸节点。图２．６预拉伸载荷的示意图２．５求解及结果后处理２．５．１求解设定ＡＮＳＹＳ８．０根据问题的性质和荷载类型的不同，提供了多种选项，包括求解方法、应力刚化开关、Ｎｅｗｔｏｎ—Ｒａｐｈｓｏｎ选择、有限变形开关、收敛条件、迭代次数等等。非线性有限元的解法需采用增量迭代法，为减小弹塑性和接触非线性的耦合效应，ＡＮｓＹＳ将接触迭代作为内层循环，弹塑性迭代作为外层循环，即每次塑性循环中都要进行若干次接触迭代。经试算，采用全Ｎｅｗｔｏｎ—Ｒａｐｈｓｏｎ法更为有效，故本文采用该法。ＡＮｓＹＳ程序中提供的有限元联立方程组的求解器有很多种，其中预置条件共轭梯度求解器（ＰＣＧ），特别适合于实体单元的大型结构模型分析，尤其是当求解速度很重要时更为有效；它的特点是：使用整体装配矩阵的对角线作为先决条件，求解中因内存中要同时保留先决条件矩阵和刚度矩阵，故需用大内存。为迭代求解，它将整体矩阵进行组集，通过迭代收敛法计算自由度的解，求解结果中节点的自由度值为基本解，单元解为导出值。当ＰＣＧ求解器遇到一个非正定矩阵时，它会调用一种处理非正定矩阵的算法，如果再失败的话（这种情况出现在当方程系统病态时，如在子步中接触丢失、出现塑性铰等），将会触发一个外部的Ｎｅｗｔｏｎ—Ｒａｐｈｓｏｎ循环，执行一个二等分操作，通常刚度矩阵在二等分后将会变为良性矩阵，而且ＰｃＧ求解器能够最终求解所有的非线性步【３０ｊ。本文采用此法。２．５．２计算结果的后处理ＡＮＳＹＳ程序中提供了两个后处理器：通用后处理器ＰＯＳＴＩ和时间历程后处理器ＰＯｓＴ２６。ＰＯｓＴｌ用于检查整个模型在某一荷载步和子步（或对某一代待定时间点）的结果，可给出结构在任何一个时间步时的应力、应变、位移及其在各方向的分力，结果输出可以是“云图”或矢量分布图的方式，也可以是数据列表方式。此外，还可以观察某荷载步时管内混凝土的开裂和压碎情况。ＰＯＳＴ２６可以检查模型的指定点的特定结果相对于时间、频率或其他结果项的变化。在结构的非线性分析中，可以用图形表示某一特定节点在整个加载历程中的力与变形的关系，利用这一功能可很方便地得到荷载位移（Ｐ一△）历程曲线。第３章Ｔ型加劲板节点有限元计算与试验对比分析３．１概述由于受到条件的限制，本课题未能对Ｔ型加劲板连接节点进行现场试验研究。韩国汉阳大学Ｋｙｕｎｇ—ｊａｅｓｈｉｎ、Ｙｏｎｇ—ｊｕＫｉⅢ等多位学者改进的Ｔ型加劲板方钢管混凝土梁一柱节点的初步试验研究的成果对本课题开展具有非常重要的参考价值。为了验证有限元模型计算分析的正确性，本章利用ＡＮｓＹｓ对韩国学者的Ｔ型加劲板连接节点建立有限元模型，同时考虑了材料非线性、几何非线性和接触非线性（钢与混凝土之间的粘结滑移等）并进行计算，进一步分析了应力分布与塑性铰的发展状况，得到了节点内部的受力机理的分布规律，弯矩一转角滞回曲线。最后与文献中试验结果进行对比分析，判断ＡＮｓＹｓ有限元模拟的可行性，为进一步的节点参数分析提供可靠保证。３．２Ｔ型加劲板连接节点的破坏形式大多数抗弯节点同时承受剪力和抵抗弯矩。对于刚性节点，弯矩是以翼缘上拉力和压力一对力的形式由梁传给柱。在外部Ｔ型加劲方钢管混凝土柱一Ｈ型钢梁节点，压力是由加劲板和混凝土共同承担，而拉力只由Ｔ型加劲板承担［３”。Ｔ型外加劲板是由竖向加劲板高度和水平加劲板组成，由于柱翼缘平面外弯曲相对容易变形，所以钢梁翼缘上的轴力通过水平加劲板高度和竖向加劲板传给柱腹板。节点应力分布情况和集中应力的强度对Ｔ型外加劲板的细部构造的选择很敏感，因此，一个传力简单明确的模型可以大大简化它的设计过程，对Ｔ型外加劲板节点，做如下假定【３２Ｊ：（ａ）节点弯矩应该等于梁塑性弯矩；（ｂ）弯矩是通过梁翼缘以一对力的形式传递，由此作用在每个Ｔ型外加劲板的力就是这个力是由竖向、水平加劲板传递，跟传统的节点设计方法相同，剪力是通过腹板焊缝传递的。设计主要依据下面的三种节点破坏模型：（１）水平加劲板剪切破坏，记为模型（Ｉ）；（２）柱腹板上的竖向加劲板受拉破坏记为模型（ＩＩ）；（３）梁翼缘受拉破坏，记为模型（ＩＩＩ）。节点的计算间图见图２。Ｌ＝Ｍ：／巩模型（Ｉ）模型（ＩＩ）模型（ＩＩＩ）（３．１）瓦／２＝只＝‘·厶·ｏ．６磁乙／２＝晶＝０·只·咒Ｌ＝％＝，ｒ·Ｂｒ·％（３．２）（３．３）（３．４）Ｍ：，砟——梁的塑性弯矩，梁翼缘上的拉力。三，，日。，巩一一分别为水平加劲板长度，竖向加劲板高度，梁上一对拉压力之间的距离。＾，０，ｆ，，Ｂ，～一分别为水平加劲板厚度，竖向加劲板厚度，梁翼缘厚度，梁翼缘宽度。聪，《，％——分别为水平加劲板屈服强度，竖向加劲板屈服强度，梁翼缘屈服强度。ｅ，晶，％——分别为模型Ｉ，模型ＩＩ，模型ＩＩＩ破坏的设计强度。竖｝，ｌＩ【ｌＩＬ卞【—引圳上图３．１Ｔ型加劲板节点详图ｎ『陋ｆ；§表３．１节点尺寸各参数表竖向加劲板强度比高度Ｈ型钢梁钢管柱截面尺寸预期破坏类型长度◇３．３节点在单调加载节点受力分析３．３．１有限元模型的建立按照文献Ｄ卜。习所给的几何尺寸（节点尺寸各参数见表３．１），梁长和柱高按近似反弯点位置选取ｐ３１，柱长取３０００Ｉｎｍ梁长每边各取３５００ｒｎｍ。钢材的应力应变参数见表２，混凝土用Ｃ３０弹性模量２．４ｘ１０４Ⅳ／珑ｍ２，泊松比Ｏ．２５。节点水平加劲板强度比编号（％）ｔ（ｍ小）（％）皿（ｍｍ）（ｍｍ）Ｈ５８８×３００×１２×２０ＴＳ．３１３０４４０１００３６０口．５００×５００×１２ＴＳ．４ＴＳ．５７０１３０１６０３００１３０７０２８０１５０模型ＩＩＩ模型Ｔ模型ＩＩＨ一５０６×２０１×１ｌ×１９口．５００×５００×１２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截面截面类型尺寸（ｍｍ）屈服应力极限屈伸长强应力（坳∞２０１２１９１１１２３０６３１９２８８３０８２７ｌ３６９２８５２８９（坳以）４４５４４０４２０４４５４５８５７ｌ４６２５１８室比（％）０．６９０．７３０．６９０．６９０．５９０．６５０．６２Ｏ．５６２４２８３７３０２６２６３４２６梁翼缘厚度Ｈ一５８８×３００×１２ｘ２０梁腹板厚度梁翼缘厚度Ｈ一５０６×２０ｌ×１１×１９梁腹板厚度口．５００×５００×１２柱厚度水平加劲板厚度（２０ｍｍ）水平加劲板厚度（１９ｍｍ）竖向加劲板厚度（１２ｍｍ）３．３．２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）。尽管有限元无法给出实际结构开裂的破坏形态导致变形差异较大，但是应力总体的分布规律和试验结果吻合的比较好。图３１０文献试验破坏模型：（ａ）破坏模型ｌ（ｂ）磁坏模型｜ｌＩｃ）破坏模型ｌ｜ｌ３。３．２．２应力分布规律查看有限元各个荷载步计算结果，三类节点应力分布规律可以总结为如下：Ｔｓ．３在加载过程中，先是在水平加劲板交界的拐角处发生应力集中，随着荷载的增加，梁上塑性区发展直至全截面贯通，此时节点破坏特征为节点区域外的梁截面上形成塑性铰如图３．９所示由于Ｔｓ一３的水平加劲板长度、竖向加劲板高度相对比较大，有效地加强了节点域抗弯刚度。从破坏时的应力分布情况可以看出，节点域内应力分布除水平加劲板交界的拐角处有少量应力集中外，总体趋于均匀且远低于屈服点。ＴＳ一４的节点区的水平加劲板长度、竖向加劲板高度相对比较小，再加上水平加劲板屈服强度比较低，所以节点域抗弯承载力不是很大，ＴＳ．４在加载过程中，在钢梁与水平加劲板交界处首先发生应力集中，随着荷载的增加，塑性区沿水平加劲板外边缘向柱翼缘逼近。从破坏时的应力分布情况可以看出，钢梁翼缘上等效应力最大，但因钢梁翼缘未达到屈服点。Ｔｓ．５的节点区的水平加劲板长度较长、竖向加劲板高度很小，再加上竖向加劲板屈服强度比较低，所以节点域抗弯承载力很低，Ｔｓ．５在加载过程中，在柱腹板与加劲板交界处最早发生屈服。从破坏时的应力分布情况可以看出，钢梁翼缘上等效应力最大，但未达到屈服点。这三种节点破坏情况下的应力集中分布都很好地与文献试验结果相吻合，从有限元理论分析和文献试验结果分析表明适当设计Ｔ型加劲板可以确保节点破坏时在节点区域外的梁截面上形成塑性铰。３．４Ｔ型加劲板连接节点在往复荷载作用下滞回性能分析３．４．１有限元模型建立选取文献资料口２】中两个试件建立实体模型，其钢材的使用的应力一应变的具体参数的选取见表３．３，节点的截面尺寸的各参数为：钢梁Ｈ一３００×１５０×６．５×９ｍｍ，冷弯钢管柱２５０×２５０×９聊ｍ，竖向加劲板高度为２００，水钢书’混凝土柱－钢粱节点受力性能分析平加劲板：１）长度２００Ⅲｍ的记为ＳＴ２００；２）长度２５０ｍｍ的记为ｓＴ２５０。试件的长度，高度是根据假定反弯点出现在梁的跨中，柱高度中央选取的，Ｌ＝２３７５ｍｍｈ＝１６６５Ⅲｍ，在梁端节点循环加载，在柱上不施加轴力，用加位移的加载控制方法，在梁端分别施加１／４６，，１／２６，，６，，２６，，４６，，６６，每个位移值循环加载一次。表３．３节点各板件的应力一应变关系表强度（Ｍｐａ）节点板件屈服强度极限强度屈服应变伸长率％梁腹板３８４４７７２０１０２３粱翼缘３２５４６６２０００３６柱３６８４７９３８３８２２加劲板３０７３８８３４０７２９３。４。２计算结果与文献实验结果对比分析表３．４文献试验与有限元计算结果比较（单位：弯矩Ｑ∞·砷刚度（ｊｒ口ｖ．ｍ，脚）文献试验结果有限元计算结果结果比较节点屈服极限节点初屈服极限节点初编号弯矩弯矩始刚度弯矩弯矩始刚度％必必足Ｍ孵Ｆ％％ＳＴ２００１３６２２６１３．５７１４５２４６１４．７９６．６％８．８％８．９％ＳＴ２５０１３９２５１１３．９１１５１２７０１４＿８５８．６％７．５％６．７％表３．４列出了两类节点弯矩特征值和初始刚度值并对文献试验和有限元计算结果作出比较。由于本次有限元分析未考虑开裂、焊接残余应力等缺陷的影响，故最终得到的有限元计算结果与文献试验结果存在着一定的偏差，但两者结果的偏差几乎都控制在１０％以内。ｓＴ２００、ｓＴ岔５０文献试验与有限元计算弯矩一转角滞回曲线对比分别见图３．１ｌ和图３．１２，由图可以看出有限元计算的滞回曲线的形状与文献试验大体符合，滞回曲线彼此大体形状相似，都非常饱满且呈纺锤形，没有捏缩现象吸能性能良好，基本上没有刚度退化和强度退化，两者的结果吻合得令人满意。这证明了本文采用ＡＮｓＹｓ有限元程序模拟Ｔ型加劲板连接节点滞回性能的可行性。（１）文献试验结果图３．１１ｓＴ２００文献试验与有磷ｉ槲｝，‘薯蠹‘Ｉ潞（１）文献试验结果图３１２（２）有限元计算结果ｓＴ２５０文献试验与有限元计算滞回曲线对比计算曲线与文献试验结果相比存在有一定误差，原因如下：１）未能对焊缝进行模拟，无法体现焊缝开裂对结果的影响。２）未考虑到焊接时产生的残余应力对结果的影响。３）在边界条件方面，理想化的理论模拟总会与实际情况有些偏差。３．５本章小结本文建立了Ｔ型加劲板矩形钢管混凝土柱与钢梁的连接节点的三维有限元模型，并对其分别进行了单调和循环荷载作用下的三重非线性分析。比较了文献试验结果和有限元计算结果中的应力分布与塑性铰的发展状况，荷载一位移滞回曲线，可以得到下述结论：１）有限元计算的应力分布与塑性铰的发展状况与文献试验结果吻合良好，有限元计算的弯矩一转角滞回曲线也吻合良好。所以，该有限元模型可以比较准确地反映该节点的弹塑性行为和整体性能。２）通用有限元软件ＡＮＳＹＳ可以有效地进行组合结构节点在循环荷载作用下的非线性性能的研究。３）从有限元理论分析和文献试验结果分析表明适当设计Ｔ型加劲板可以确保节点破坏时在节点区域外的梁截面上形成塑性铰。钢管混凝土柱．钢梁节点受力性能分析４）本章有限元模型分析中采用的边界条件，单元类型，材料本构关系，加载方法能够比较准确地模拟试验，可以进一步用于参数研究。第４章Ｔ型加劲板连接节点刚性分析４．１概述传统的钢框架结构分析和设计大部分都是假定梁与柱的连接节点理想铰接和完全刚接两种类型，理想铰接要求柱、梁之间不传递弯矩，而完全刚接节点则要求梁与柱的连接有足够的刚性，能保持杆件之间原有的角度不变。事实上，在实际工程中所使用的连接，其刚度处于完全刚性和理想铰接之间的中间状态。理想铰接与完全刚接的假设会导致结构计算模型与结构实际状态有很大的差异【３４】。本章选取Ｔ型加劲板钢管混凝土柱一钢梁节点，采用通用的有限元分析软件ＡＮＳＹＳ进行三维有限元受力分析，确定各参数对Ｔ型加劲板钢管混凝土柱一钢梁节点刚度的影响规律。４．２建立有限元模型节点模型的梁柱截面尺寸、Ｔ型加劲板的细部尺寸按照分析的实际情况选取，节点的梁长和柱高按近似反弯点位置选取，柱上下各取６００ｒＩｌｌｎ梁长每边各取１０００ｒｍ。钢材用０２３５，弹性模量取２．０６×１０５Ⅳ／ｍ棚２泊松比取０．２８３屈服强度取２３５Ⅳ，研聊２土用ｃ３０弹性模量２．４×１０４Ⅳ／Ｍｍ２，泊松比０．２５。，混凝根据对称性取原节点模型的１／２进行计算，实体模型如图４．１所示，有限元模型如图４．２所示。方钢管，Ｔ型加劲板，钢梁均采用８节点弹塑性实体单元ＳＯＬＩＤ４５，混凝土采用ＳＯＬＩＤ６５单元建模瞰Ｊ，在钢管壁和混凝土界面处布置三维面一面接触单元ｃ０ＮＴＡｌ７４和三维目标单元ＴＡＲＧＥｌ７０用以考虑二者之问在加载过程中的接触与脱离，二者之间的摩擦系数０．２图４．１节点的实体模型图４．２节点的有限元模型钢管馄凝土柱－铡梁节点受力性能分析４．３节点性能的诸要素对节点刚度的影响考查影响节点刚性因素主要从以下三个方面进行：钢管混凝土柱的刚度、Ｔ型加劲板的刚度，以及梁的刚度。当不考虑材料因素的影响时，就只从节点连接细部尺寸、梁和柱尺寸、考虑核心混凝土与钢管协同：ｒ作对节点刚度影响进行探讨。４．３．１方钢管柱截面尺寸的影响４．３．１．１柱截面宽度的影响保持其它参数不变，对Ｔ型加劲节点，分别取柱截面尺寸为２５０×２５０ⅡⅡｍ３００×３００ｍｍ和３５０×３５０ｍｍ进行计算，其节点的荷载一位移图见图４．３，节点的初始刚度比较见图４．４。从图中可以看出随着柱截面尺寸的增大，节点的初始刚度将减小，而且递减速率随着截面尺寸增大越来越快。柱截面为３００×３００ｍｍ和３５０×３５０ｒｎｍ节点分别相对柱截面尺寸为２５０×２５０ｍｍ节点的刚度分别下降了５．２％和１８％。产生这种现象原因是柱截面尺寸为２５０×２５０ｍｍ节点Ｔ型加劲的竖向加劲板焊接在柱翼缘上，而柱腹板对加劲板抗转动能力比较强，当其它参数不变，柱截面增大，加劲板离柱腹板越来越远，加劲板上的力作用在柱翼缘上，而柱翼缘平面外弯曲相对容易变形，由此可见柱腹板对整个节点的贡献还是比较大，设计时应尽量考虑将竖向加劲板焊接在柱腹板上。２５０ｚ２００Ｚ森１５０萎１００秣５００Ｏ５１０１５２００２５０３００３５０４００梁端位移／ｍ柱截面边长／ｍｍ图４．３采用不同柱截面宽度图４４不同柱截面边长的节点荷载一位移图的节点初始刚度４．３．１．２钢管柱壁厚度的影响保持其它参数不变，对对Ｔ型加劲节点，分别取柱节点区厚度为７ｍｍ，８ｍｍ，９ｍｍ，１０ｍｍ，１１ｍｍ，及１２ｍｍ六种节点试件进行计算，其节点的梁端荷载一位移曲线图见图４．５，节点的初始刚度比较见图４．６。从图中可以看出在保持其它参数不变的情况下仅改变钢管厚度，节点的初始刚度将随着钢管厚度的增大而增大。４ｌ００Ｏ２５０—１－一７ｍｍｚ２００—－一８ｍｍ—●ｒ一９ｍｍ—＊一１０ｍｍ４Ｏ５Ｏ０４Ｏ０Ｏ０３９５ＯＯ３９ＯＯＯ森１５０篓ｌｏｏ眯５００Ｏ５１０—，｝１１ｍｍ—●一１２ｍｍ１５３８５００６８１０１２１４梁端位移／１日１１１钢管壁厚度／一图４．６不同柱厚度的节点初始刚度图４．５采用不同柱厚度的节点荷载一位移图４．３．２节点连接细部尺寸的影响节点连接细部尺寸主要是由Ｔ型加劲板的竖向加劲板高度Ｈｓ，长度Ｌｓ，厚度ｔ，水平加劲板宽度ｗｓ，长度Ｌｓ，厚度ｔ决定的。由于焊接时对两焊件厚度差有所限制，使得加劲板厚度一般取与柱翼缘厚度，梁翼缘最接近的钢板厚度【３ｊ，因此不考虑加劲板厚度因素对节点刚性的影响。又由于竖向加劲板的长度与水平竖向加劲板长度在节点始终保持等长，故只考虑Ｔ型加劲板长度Ｌｓ的影响。４．３．２．１竖向加劲板高度Ｈｓ的影响保持其它参数不变，对Ｔ型加劲板连接节点，分别取竖向加劲板高度Ｈｓ为８０ｍｍ，１２０ｍｍ，１６０ｍｍ，２００ｍｍ的四个试件进行计算，其节点的梁端荷载位移曲线见图４．７，节点的初始刚度比较见图４‘８。从图中可以看出在保持其它参数不变的情况下仅改变竖向加劲板高度Ｈｓ，节点的初始刚度将随竖向加劲板高度Ｈｓ的增大而增大。２５０２００ＯＯＯ００ＯＯＯ００００００茧藕１５０枢磐１００觥５０ＯＯ５ｌＯ１５０００００１１０１６０２１０粱端位移／ⅢⅢ图４．７采用不同竖向加劲板高度的节点荷载一位移图姗嚣嚣嚣器舞０叮０６０竖向加劲板高度／衄图４．８不同竖向加劲板高度的节点初始刚度４．３．２．２加劲板长度Ｌｓ的影响保持其它参数不变，对Ｔ型加劲板连接节点，分别取加劲板长度Ｌｓ为１００ｍｍ，１５０ｍｍ，２００ｍｍ，２５０ｍｍ的四个试件进行计算，其节点的梁端荷载一位移曲线图见图４．９，节点的初始刚度比较见图４．１０。从图中可以看出在保持其它参数不变的情况下仅改变加劲板长度Ｌｓ，节点的初始刚度将随加劲板长度Ｌｓ的增大而增大。２５０●４５加０ｚ２００；４００加Ｉ藕１５０柱螽３５０００碧１００媒５０萎３００００｝《Ｏ铲２５０００Ｌ＿一Ｏ２０４０６０５０１００１５０２００２５０３００粱端位移／一加劲板长度／衄图４９采用不同加劲板长度图４．１０不同加劲板长度的的节点荷载一位移图节点初始刚度４．３．２．３水平加劲板宽度Ｗｓ的影响保持其它参数不变，对Ｔ型加劲板连接节点，分别取水平加劲板宽度ｗｓ为２０ｍｍ，３０ｍｍ，４０ｍｍ，的三个试件进行计算，其节点的梁端荷载位移曲线图见图４．１１，节点的初始刚度比较见图４．１２。从图中可以看出在保持其它参数不变的情况下仅改变水平加劲板宽度ｗｓ，节点的初始刚度将随水平加劲板宽度ｗｓ的增大而减小，但减小的幅度非常小。３ｇ９５０２５０３ｇ９０Ｏｚ２００３８５０３８０Ｏ森１５０３９引９７５０柱３９７００蒋１００眯３９６５Ｏ５０３９６００３９５５００３９５００Ｏ５１０１５０１０２０３０４０５０粱端位移／Ⅻ水平加劫板宽度／】ＩＩｍ图４．１１采用不同水平加劲板宽度图４．１２不同水平加劲板宽度的节点荷载一位移图的节点初始刚度４．３．３梁截面尺寸的影响梁的刚度涉及到梁高，梁宽，腹板的厚度，翼缘的厚度，下面就这些参数对节点刚度的影响做出分析。４．３．３．１梁高的影响保持其它参数不变，对Ｔ型加劲板连接节点，分别取梁高为２００ｍｍ，２５０ｍｍ，３００ｍｍ，的三个试件进行计算，其节点的梁端荷载一位移曲线图见图４．１３，节点的初始刚度比较见４．１４。从图中可以看出在保持其它参数不变的情况下仅改变梁高，节点的初始刚度将随梁高的增大而增大，且递增的速率相当大。２５０２００●４５０００。蚰０００童．３５０００森１５０框磐１００脒５０００１００２００３００交３００００茜２５０００箱２００００上Ⅱ；铲１５０００１５０２００２５０３００３５０梁端位移／ｍ图４．１３采用不同梁高的节点荷载一位移图梁高度／舢图４．１４不同梁高的节点初始刚度４．３．３．２梁宽韵影响保持其它参数不变，对Ｔ型加劲板连接节点，分别取梁宽为１１０ｍｍ，１２０ｍｍ，１３０ｍｍ，１４０ｍｍ，１５０ｍｍ的五个试件进行计算，其节点的梁端荷载位移曲线图见图４．１５，节点的初始刚度比较见图４．１６。从图中可以看出在保持其它参数不变的情况下仅改变梁宽，节点的初始刚度将随梁宽的增大而增大，递增的速率比较大。图４．１５采用不同梁宽度节点荷载一位移图图４．１６不同梁宽度的节点初始刚度４．３．３．３翼缘厚度的影响保持其它参数不变，对Ｔ型加劲板连接节点，分别取翼缘厚度为６ｍｍ，７ｍｍ，８ｍｍ，９ｍｍ，１０ｍｍ的五个试件进行计算，其节点的梁端荷载一位移曲线见图４．１７，钢管混凝土柱．钢梁节点受力性能分析节点的初始刚度比较见图４．１８。从图中可以看出在保持其它参数不变的情况下仅改变翼缘厚度，节点的初始刚度将随翼缘厚度的增大而增大，递增的速率较大。２５０２００蚕森１５０棹藩１００蘑｝｝５０ｌｌｌ０ｉ“４６８粱端竖向位移／衄１０１２翼缘厚度／ｌＤＩｌｌ图４１７采用不同梁翼缘厚度的节点荷载一位移图图４１８不同翼缘厚度的节点初始刚度４．３．３．４腹板厚度的影响保持其它参数不变，对Ｔ型加劲板连接节点，分别取腹板厚度为６ｍｍ，６．５ｍｍ，７ｍｍ，７．５ｍｍ，８ｍｍ的五个试件进行计算，其节点的梁端荷载一位移曲线图见图４．１９，节点的初始刚度比较见图４．２０。从图中可以看出在保持其它参数不变的情况下仅改变腹板厚度，节点的初始刚度将随腹板厚度的增大而增大，递增的速率较大。聊渤啪瑚＼辑挺暮眯册０ｌ】】Ⅲ５皿０ｍｍ５衄０衄ｏ０５１０１５ｉ；ｉｉｉｉ；；３８００５６７８粱端位移／珊蚰梁腹板厚度／“图４１９采用不同梁腹板厚度的节点荷载一位移图图４．２０不问腹板厚度的节点初始刚度４．３．４核心混凝土的影响保持其它参数不变，对Ｔ型加劲板连接节点，分别取柱子有核心混凝土和柱子无核心混凝土两个试件进行计算，柱子有核心混凝土节点的初始刚度为４１１５２ＫＮ·ｍ·ｒａｄ一，而柱子无核心混凝土节点的初始刚度为３９５２５ＫＮ·ｍ·ｒａｄ－ｌ。由此比较得出核心混凝土对节点的贡献还是很可观的。４．４本章小结１）Ｔ型加劲方钢管混凝土柱一钢梁节点并不是完全是刚接的，在梁端荷载作用下，梁柱之问存在着相对的转动，这个转动变形随着梁端的荷载增大而增大。２）Ｔ型加劲节点的主要影响因素是节点区柱壁的厚度梁柱尺寸及加劲板长度。适当调整加劲板长度，可以使外部Ｔ型加劲节点的受力性能达到最优。３）Ｔ型加劲节点具有较好的节点承载力和延性，由于有限元分析中没有考虑焊缝的影响，所以实际结构中由于焊缝的好坏会影响节点的节点承载力和延性，因此施工中应该确保焊缝的质量，加强焊缝的强度较核和质量检查。４）Ｔ型加劲方钢管混凝土柱．钢梁节点的剐度受到节点连接细部、梁和柱尺寸等影响。在所有的影响因素中，对节点刚度影响最大的是梁的截面高度，而钢管厚度和水平加劲板宽度对节点刚度几乎没有影响。５）计算比较得出核心混凝土使Ｔ型加劲节点有提高作用，且对整个节点刚度影响比较大，设计时混凝土对节点刚度提高，可做安全储备。６）当加劲板焊接在柱翼缘时，柱翼缘平面外受力弯曲相对容易变形，柱的腹板对加劲板抗转动能力上比较强，故设计时应尽量考虑将竖向加劲板焊接在柱腹板上７）节点的初始刚度将随水平加劲板宽度Ｗｓ的增大而减小，因此在进行节点设计时在满足焊接施工的宽度和构造要求的情况下，应尽量减小水平加劲板宽度，这样做不但可以节省钢材，还可以提高节点区刚度。第５章Ｔ型加劲板连接节点受力性能分析５．１概述为了研究Ｔ型加劲板钢管混凝土梁．柱节点的受力性能，本章设计出其它六种不同构造型式的方钢管混凝土柱一Ｈ型钢梁节点作对比分析，同样采用大型有限元分析软件ＡＮＳＹｓ对七种节点分别进行单调加载和低周往往复循环加载作用分析，得到了七种节点在梁端加载过程中等效应力分布情况、节点极限承载力和梁端加载点的荷载一位移滞回曲线，引入延性系数和耗能比分别作为节点在动力荷载作用下的延性指标和节点的耗散地震能量的指标，计算七种不同加劲形式的节点在循环荷载作用下的延性和耗能系数。分析结果表明，Ｔ型加劲板节点具有较好的抗震性能，且节点的抗弯承载力远高于其它节点，节点破坏时在节点核心区域外梁端形成塑性铰，能满足现行的抗震设计规范“强柱弱梁、强节点弱杆件”的抗震设计原则¨…。５．２节点有限元模型建立５．２．１建立几何模型梁柱节点构造分为七种不同的外部加劲节点，第一种为Ｔ形加劲板连接节点（记为ｓＴ－１）；第二种为正对称Ｌ形加劲板连接节点（记为ｓＴ＿２）；第三种为不带加劲肋全焊连接节点（记为ＳＴ．３）：第四种为不带加劲肋栓焊连接（钢管柱壁与梁翼缘板、竖向角钢剪切板焊接，然后钢梁腹板与竖向角钢剪切板螺栓连接）（记为ｓＴ＿４）；第五种为反对称Ｌ形加劲板连接节点（记为ｓＴ－５）；第六种为梁翼缘加水平侧板连接节点（记为ｓＴ－６）；第七种为加方形外隔板连接节点（记为ｓＴ＿７）。节点模型设计尺寸：梁长和柱高按近似反弯点位置选取，柱上下各取６００ｍｍ梁长每边各取１００嘶ｍ，各节点梁柱截面尺寸和加劲肋细部构造具体情况见表５．１。５．２．２定义材性及和单元类型钢材采用ｖｏｎ．Ｍｉｓｅｓ屈服条件，钢管柱、加劲板和钢梁均采用两折线随动强化模型，此模型能反应循环加载时的包辛格效应。取塑性段强化模量Ｅ＝０．０１Ｅ。，钢材屈服强度为２３５Ⅳ／Ⅲ埘２，泊松比取Ｏ．３，高强螺栓的应力一应变参数详见表５．２钢材本构关系见图５．１表５１七种节点梁柱截面尺寸及加劲方式参数一览表节点类型ＳＴ－１ＳＴ．２Ｓ下－３ＳＴ．４ＳＴ＿５ＳＴ＿６ＳＴ＿７节点加劲方式Ｔ型加勘板正对称Ｌ型加劲板无加劲板全焊连接无加劲栓焊连接反对称Ｌ型加劲板水平侧板外隔板连接钢管柱截面尺寸／ｍｍ粱截面尺寸，ｍｍ备注各加劲板为９ｍｍ２５０×２５０×９３００×１５０×６．５×９ＳＴ＿４腹板连接方式为３Ｍ２０表５．２材料表螺栓应力序号（Ｎ／ｍｍ。）ｌ２６１８９６０Ｏ．００３Ｏ．００６螺栓应变３１１００Ｏ．００８弱：２５０２００１５０ｌＯＯ七１２００≥１０００一。８００６００４００５０ＯＥ（×１０—２ｍｍ）２００００Ｏ００２０００４０００６０００８００１（ａ）钢板应力应变图（ｂ）螺栓应力应变图图５１钢材的本构关系混凝土强度等级采用ｃ６０，弹性模量３．６×１０４Ⅳ／聊ｍ２，泊松比取０．２，混凝土采用ｗｉｌｌｉａｎ—ｗａｒｎｋｅ五参数破坏准则。张开裂缝的剪切传递系数为Ｏ．１２５：裂缝闭合传递系数为０．４；单轴抗拉强度２．８５；单轴抗压强度一ｌ（即不考虑混凝土压碎）【３。”。对混凝土裂缝利用ＡＮｓＹｓ提供的判别准则，采用应力和自适应下降相结合的方法模拟混凝土开裂过程。钢材选用８节点６面体弹塑性实体单元（３Ｄｓ０ＬＩＤ４５），混凝土为８节点３ＤｓＯＬＩＤ６５单元高强螺栓采用强度等级１０．９级Ｍ２０，其设计预拉力为１５５ＫＮ，采用ＡＮｓＹｓ提供的预拉力单元ｓ０ＬＩＤｌ７９实现。接触问题的处理：１）高强螺栓连接的面一面接触问题，每个螺栓有四个接触问题：螺栓杆与钢梁腹板孔壁，螺栓杆３７与竖向剪切板孔，螺栓杆与螺母孔壁，螺母与竖向剪切板；２）钢管壁和混凝土界面处布置三维面一面接触。对面一面接触均采用大型有限元通用程序ＡＮＳＹＳ提供的６节点三角形目标单元（３ＤＴａｒｇｅｔｌ７０）和对应的６节点三角形目标单元（３ＤＣｏｎｔａｃｔｌ７４），螺栓面面接触二者之间的摩擦系数取Ｏ．４，管壁和混凝土界面处面面接触摩擦系数取Ｏ．２。建立的实体模型，有限元模型见图５．２～图５．１７。图５．２ｓＴ一１实体模型轴侧图图５．３ｓＴ一１有限元模型图图５．４ｓ卜２实体模型轴侧图图５５ｓＴ一２有限元模型图图５６ｓ卜３实体模型轴侧图图５７ｓ卜４有限元模型图图５８ｓ卜４实体模型轴侧图图５．９ｓＴ一４连接件及高强螺栓模型图图５．１０ｓ卜４有限元模型轴侧图图５１１ｓ卜４连接件及高强螺栓有限元模型图图５．１２ｓＴ一５实体模型轴侧图图５．１３ｓＴ一５有限元模型图图５．１４ｓ卜６实体模型轴侧图图５．１５ｓＴ一６有限元模型图图５１６ｓ卜７实体模型轴侧图图５１７ｓ卜７有限元模型图５．２．３边界条件及加载制度５．２．３．１边界条件柱上下两个端面上节点的ｘ—Ｙ—ｚ施加三向位移约束以模拟铰的转动约束。加载及变形图见５．１８。５．２．３．２加载制度１）单调加载梁端按位移增幅为２ｍｍ单调位移控制加载，分别选取２ｍｍ，４ｍｍ，６ｍｍ，８ｍｍ，１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ，４０ｍｍ，５０ｍｍ。２）低周往复循环加载梁端按位移控制加载，分别选取２ｍＩＩｊ，４ｍｍ，６岫，８ｍｍ，１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ，４０ｍｍ，５０ｍｍ，每一位移控制值循环１次，具体加载制度见图５．１９。印加■１卜一量如龄坦。－嵋式骡｜脒卸■帅ｈｆ卜甲∞荷载步（ｎ）图５１８加载及变形图图５．１９循环荷载加载历程曲线５．２．４节点钢梁屈服荷载和极限荷载理论计算对本章的７类节点进行节点的钢梁屈服荷载和极限荷载理论计算，将得到的理论计算结果与有限元分析结果对比分析。钢梁截面：Ｈ３００×１５０×６．５×９彳＝４５－３３０（ｃ肌２）虬＝１５．０００（ｃｍ）‘＝６９３２．５１９（ｃｍ４）ｓ＝２６１．０３９（ｃｍ３）呒＝４６２．１６７（删３）ｌ‘屈服荷载：计算值按《钢结构设计规范》【３８１，当梁端翼缘边缘纤维最大应力达到钢材的屈服应力时的荷载定义为试件的屈服荷载。实际试验屈服荷载的取值是当梁翼缘的应变片达到屈服应变时所对应的荷载。计算方法如下：节点ＳＴ一１、ｓＴ一２、ＳＴ５、ＳＴ一６：节脚－３．。＝华＝警＿１０８（剧）节鲫－７．。＝半＝竿＿１２０．６７（剧）节脚＿４：。＝华＝警－８９．２７（聊’驴半：丝凳掣＿１３５．８（剧），。８００只一一屈服荷载计算值，‘一一梁的翼缘屈服应力暖一一梁弹性抵抗矩，％，一一梁翼缘弹性抵抗矩厶一一梁长（梁加载点至节点区加劲肋交界面的距离）２．极限荷载：计算值是梁端全截面达到屈服时的荷载认为是试件的极限荷载。实际的节点极限荷载取试验的最大值。计算方法如下：节点ＳＴ一１、ｓＴ一２、ＳＴ一５、ＳＴ一６：节脚１３．￡＝型半＝等半＿１２２．６８（剧）节脚１７．Ｅ＝型半＝鼍竽＿１３６．３１９（肼）Ｐ：五：坠！±生：坠！：型：丝！！鱼：１５３．３６（剧）ｆ。８００节脚吨￡＝华＝警．９２．３１（剧）其中：阡，堋ｌ＝２×１４５．５×９×１５０＝３９２８５０（聊ｍ３）％２＝２。寺×２８２。÷×２８２×６．５＝１２９２２６．５（ｍ∥）尸．一一极限荷载计算值工。一一梁的翼缘屈服应力厂：，，一一腹板的屈服应力％。一一梁翼缘的塑性抵抗矩阡二：一一梁腹板的塑性抵抗矩５．３有限元计算及结果分析５．３．１单调加载的非线性有限元受力分析依据上述建模及求解过程，对７个节点模型进行单调加载的三维非线性有限元模拟分析，以考察其内力的分布情况和破坏机理。７个节点试件的梁端荷载与位移的Ｐ一△曲线如图５．２０所示。对比７个节点试件的荷载一位移曲线，可以看出七种类型节点的梁端荷载一位移骨架曲线在节点屈服以前Ｐ一△曲线基本呈直线变化，梁端位移很小且位移发展缓慢；节点试件ｓＴ一１至节点试件ＳＴ４的初始刚度依次减小，试件ｓＴ一２与试件ＳＴ一５的初始刚度接近（几乎相等），试件ｓＴ一６的初始刚度稍大于带外隔板的节点试件ＳＴ一７且这两类节点的初始刚度界于试件ｓＴ一２、试件ＳＴ一３之间；拐点为屈服荷载点，随着荷载的逐步增加，进入强化曲线段后各节点梁的抗弯刚度差别非常明显，特别是试件ｓＴ１梁端位移随荷载增长仍然相对比较慢，刚度退化速率小；相同情况下试件ｓＴ一４梁端位移增长迅速，刚度退化速率相当大。３５０３００—－●一ＳＴ一１２５０．．．ｒ．●，’’—＿．－一ＳＴ一２一Ｚ…｝…≥、·一ｔ·—●一ＳＴ一３２００一，一·ｌ‘ｌ。．’一×一ＳＴ一４１５０擎＿ב×一—÷Ｉ∈一ＳＴ一５—■－一ＳＴ一６一函＼ｄ稀挺藩眯１００——｝一ＳＴ一７５０器ＯＦＯ１０２０３０４０５０６０７０８０位移（△／ｍｍ）图５．２０单调加载的荷载与位移（Ｐ一△）曲线４２５．３．２节点承载力及传力过程分析屈服位移△，为柱边梁端截面翼缘外边缘的应力达到时‘对应的梁端加载点的位移；极限位移△。为柱边梁端截面达到全截面屈服（即完全形成塑性铰）时对应的梁端加载点的位移。表５．３节点荷载特征值计算结果节点ＡＮｓＹｓ计算结果理论计算结果类型屈服荷载极限荷载屈服荷载极限荷载Ｐ一｜＿ＫＮＰ。｜ＫＮＰ。｜ＫＮＰ。ｉＫＮＳＴ＿１１４５２０５１３６１５３ＳＴ＿２１３５１８２１３６１５３ＳＴ＿３１０５１４４１０８１２３ＳＴ－４７５１３７８９９２ＳＴ＿５１４０１８５１３６１５３ＳＴ＿６１３８１８５１３６１５３ＳＴ＿７１１３１６４１２０１３６依据表５．３有限元计算结果可以看出，试件ＳＴ１和试件ＳＴ一２的屈服荷载和极限承载力明显高于试件ｓＴ一３和试件ｓＴ一４。相对于无加劲措施的栓焊连接半刚性节点试件ＳＴ一４，试件ｓＴ一１和试件ＳＴ一２的屈服荷载分别提高了１９３％和１８０％，极限承载力则提高了１４９％和１３２％。由此可见在节点区进行局部合理的加强改进措施，可有效地将梁端弯矩通过加劲板可靠地传给柱，从而大大地提高节点的极限承载力。从Ｔ型加劲板节点ＳＴ一１和Ｌ型加劲板节点ＳＴ一２极限承载力比较来看，试件ＳＴ１较试件ＳＴ一２提高了１１３％，这说明Ｔ型加劲方式对提高节点承载力还是相当可观的。图５．２１给出了各节点模型的破坏状态图，查看七类节点在加载过程中各阶段的节点等效应力分布情况和破坏状态，各类节点传力过程可以总结为如下：节点ＳＴ—ｌ，ＳＴ一２先是在加劲肋与柱交界拐角处发生屈服，随后此处屈服区域发展不是很明显，而梁与加劲板交界的拐角处相继发生屈服，塑性区向着梁翼缘图５２１各节点模型的破坏状态图中央扩展，接着向梁腹板扩展，最后在节点加劲区域外整个梁截面屈服，节点硕士学位论文宣告破坏。试件ＳＴ一３和试件ＳＴ一４均表现在梁翼缘与柱壁交界的拐角部位首先发生屈服，接着屈服区域不断向梁翼缘中央扩展，直至贯通整个梁翼缘截面，在此之后，随着梁端荷载加大，塑性区不断向梁腹板发展最后贯通整个梁截面（即完全形成塑性铰）此时节点达到破坏状态。从破坏状态看，节点ＳＴ一３和节点ＳＴ一４破坏发生在节点区域内，而试件ＳＴ一１，试件ＳＴ一２均在节点核心区域外的梁上形成塑性铰，节点核心区的应力远低于屈服点。尽管试件ＳＴ一２和试件ＳＴ一５加劲板尺寸相同，但由于加劲方式不同，试件ＳＴ一５的荷载特征值有不同程度的提高，提高的幅度比较小，就节点破坏时两类节点的等效应力云图比较来看，试件ＳＴ一２节点区域内的应力远低于屈服点而试件ＳＴ一５的节点区域内大部分面积进入塑性。试件ＳＴ一５、带水平夹板ｓＴ一６、外隔板ＳＴ７在加载过程中，应力分布及塑性发展情况大致相似；节点破坏时，节点区域内都表现为大部分面积塑性屈服，区域外梁全截面屈服；试件ＳＴ一７的外隔板宽度较小，导致荷载特征值比其它几类节点区加强节点的特征值偏小。ＡＮＳＹＳ程序计算结果与理论计算结果对比分析：二者结果存在一定的偏差，且前者的结果大于后者，原因在于理论计算是对人为假定最薄弱截面计算荷载特征值，观察ＡＮＳＹＳ分析节点的破坏截面可以看出，破坏截面位置为更远离于理论计算假定的最薄弱截面位置。５．３．３滞回曲线滞回曲线就是在低周反复荷载作用下，结构作用力和结构变形之间的关系曲线，简言之，它是结构抗震性能的综合体现，也是进行结构抗震弹塑性动力反应分析的主要依据‘３９“３１。各节点梁端荷载一位移滞回曲线与不带加劲节点梁端荷载一位移滞回曲线见图５．２２．ｅ搭柱疆雇ｋ舭丹７ＬＨ丹㈣％易广ｔｒ｛，”ｙ：：』Ｉ二—一一／Ｊ千乃锻——｜：：：：：怛雠｝奠：Ｉ—１一Ｓ一Ｉ弓舢叻ｆ』胖Ｌ０览舸听１羿鳓，“仁ｈ‘７一ＳＴ位移（△／衄）ｌ／７九ｎｆ＼锄，，，１】！：：脚＾Ｊ＾『＿ｌ：：聊ｆｌＪｆｌＪｌ射『１ｙｆｆ，ｍ脚．｜＝【：ｌ位移（△／删）ｙ一Ｉ），ｒ‘Ⅷｙｊ／Ｚ厶≤１二．Ｊ。．譬饼秀鞭｜＼｜㈧耐７打。，寸｝０，瑚辐柱赢名丝坤塑鳖辨臻Ｉ｝｜、｜冽，１唧Ⅳ／｜／／烨Ｌ二！，１一ｌ位移（△／呵）位移（△／皿）图５．２２各节点粱端荷载一位移滞回曲线芳孵．＿’Ｊ１烈寿｝ｒ／ｊ！／Ｊ差辐馆蒋脒≮１猢ｋ，卜。一ｊⅪ罐生芝ｔ∥］．．．慕ｒ一ＳＴｌ一－．ＳＴ一２一ｓＴ一１…·ＳＴ一２丕≥一ＳＴ一３郫辑柱藉毫＊位移（△／帅）位移（△／哪—————７————７｛ｅｐ一一．————＿一一’‘∞２—寸—－｛艺墨赫拦囊椭施一一Ｉ—“｛ｒ，Ｌｆ毒ｒＲ时铲位移（△／Ⅲｍ）图５．２３各节点梁端荷载一位移滞回曲线对比图５．２３给出各节点试件梁端荷载一位移滞回曲线对比，从比较图中可以看出以下几个规律：七类节点的荷载一位移滞回曲线在形状上呈现饱满状，没有明显捏拢现象，显示了良好的耗能性能，都适于地震地区使用。其中试件ｓＴ一１的滞回环最为饱满，这说明Ｔ型加劲板节点的抗震性能远好于其它三类节点，试件ＳＴ一１和试件ｓＴ２的滞回曲线明显比试件ｓＴ一３、试件ｓＴ一４的滞回性能更饱满，试件ｓＴ一３和试件ｓＴ一４的滞回曲线饱满程度比较接近，试件ｓＴ一３稍好于试件ｓＴ４的滞回性能。５．３．３骨架曲线骨架曲线是每次循环的弯矩一转角曲线达到的最大峰值的轨迹【４４“８１，在任意时刻的运动中，峰点不能越出骨架曲线，只能在到达骨架曲线以后沿骨架曲线前进。本试验数据分析几个循环的峰点（回载顶点）连接的包络线作为骨架曲线。骨架曲线一方面用来定性地比较和衡量结构构件的抗震性能；另一方面，结构的骨架曲线与相应的单调加载的弯矩一转角曲线类似，能够比较明确地反映结构的强度、变形等性能。‘一－●—●－一ＳＴ一１金矾：。—．－ＳＴ一２＼ｊ￡●ｎ，—●ｒ—ＳＴ一３ｅ藕Ｆ—＊一ＳＴ一４挺｝—＊｝一ＳＴ一５磐ｐ、，铷辽｝２—◆一ＳＴ一６眯脚—＋一ＳＴ一７．一‘＿乙溅位移（△／衄）图５．２３各节点梁端荷载一位移骨架曲线图５．２３给出了七种类型节点的梁端荷载一位移骨架曲线，在节点屈服以前，Ｐ一△曲线基本呈直线变化，梁端位移很小且位移发展缓慢；节点的初始刚度从ＳＴ～１至ＳＴ一４依次减小，ｓＴ一２与ＳＴ一５的初始刚度接近（几乎相等），ＳＴ６的初始刚度稍大于外隔板ＳＴ一７且这两类节点的初始刚度界于ＳＴ一２、ＳＴ一３之间；拐点为屈服荷载点，此后随着荷载的逐步增加，进入强化曲线段后各节点梁的抗弯刚度差别非常明显，特别是ＳＴ一１梁端位移随荷载增长仍然相对比较慢，刚度退化速率小，相同情况下ｓＴ一４梁端位移增长迅速，刚度退化速率相当大。本文有限元分析没有考虑焊缝缺陷，开裂等不利因素影响，得到的Ｔ型加劲板连接节点位移骨架曲线达到荷载峰值后都有较长的强化段，说明Ｔ型加劲板节点具有良好的延性性能，这虽与实际还是存在着差别，但不会影响总体定钢管混凝土柱．钢梁节点受力性能分析性分析。５．３．４能量的耗散与延性５．３．４．１延性指标位移延性系数∥反映了材料及节点延性性能，其定义为：∥＝△。／△。，式中：△。为屈服位移：△。为极限位移。∥值愈大，节点延性愈好‘４９１。表５．４节点的延性及耗能指标节点屈服位移极限位移延性系数编号△。（ｍ珊）△。（肌ｍ）耗能系数Ｅ∥＝△。／△。ＳＴ－１３．９５．７１．４６１．６８ＳＴ－２４－３６．６１．５３１．８３Ｓ１■３４．６８．５１．８５１．５３ＳＴ－４３．５８．９２．５４１．１１表５．４列出前４个节点的延性及耗能指标，可以看出ｓＴ－１，ｓＴ一２，ｓＴ＿３的延性系数相对比较接近，且大小依次增大。ｓＴ＿４延性系数大于ｓＴ．２，说明该节点延性好。前三种节点表现为刚性节点的特点，第四种节点则表现出半刚性节点特点。５．３．４．２耗能指标依据我国《建筑抗震试验方法规程》ＪＧＪｌ０卜９６【５０Ｊ，对混凝土结构、钢结构，砌体结构、组合结构的构件及节点抗震性能试验和低周反复荷载作用下的抗震性能试验，规定以式（１．１）的能耗系数Ｅ来衡量试件的能量耗散能力‘５１】：｜，：＜翔：Ｄ烂夕飞ｉ图５．２４Ｅ。滞回曲线包络面积（ＦＢＥ＋ＦＤＥ）２————＿————●——————————一，，１、～１一ｌ，三角形面积（ＡＯＢ＋ＣＯＤ）从上式中可以看出Ｅ越大，其耗能性能越好，在计算单个构件时，本文采用尸一△滞回曲线上采用构件破坏前一环作为计算对象，用式（卜１）计算得到各节点的能量耗散系数Ｅ值见表３硕上学位论文．５．４柱轴压比对节点受力性能的影响轴压比大小的变化对方钢管混凝土柱一钢梁节点性能应有一定的影响，利用上述非线性有限元分析，来考察轴压比大小的变化对节点单调及滞回性能影响。为方便起见，本文采用方钢管混凝土柱的设计轴压比‰进行讨论［５２￣５３】：‰一一方钢管混凝土柱的设计轴压比；Ⅳ一一柱子轴力；Ⅳ，．一一方钢管混凝土柱的设计轴压设计承载力；，％＝——＝一％：旦：型．、Ｎ，ｆＡｓ七｛ｊＡｃ（５．９）Ｌｂ．Ｖ，，正一一分别为柱子截面钢材、混凝土的抗压强度设计值；４，以一一分别为柱子截面钢材、混凝土的截面积：按式５．９计算各节点的轴压比值见表５．５表５．５各节点的设计轴压比％轴力单位（Ｎ／ＫＮ）节点轴压比‰ＯＯ５０００．１４２柱轴力１００００．２８４Ｎ／ＫＮｌ１２００Ｏ．３４１１５００Ｏ．４２６１６０００．４５５２０００——Ｏ．５６８５．４．１梁端加竖向位移荷载本分析仍然对本章的节点ＳＴ—ｌ、ＳＴ一５进行了不同柱轴压比下梁端单调和低周往复加载分析，在保持其它条件（材性、边界条件等）不变，只改变柱轴力的大小，计算结果如图５．２５、图５．２６所示，从图中的单调和往复加载荷载一位移曲线可以看出，随着柱轴压比的增大，节点的刚度、承载力和滞回性能变化非常微小；由于节点的梁刚度比柱刚度相对小得多，故在节点ｓＴ—ｌ、ｓＴ一５粱端加载时，破坏均发生在节点区域外梁截面上且节点区及柱子的应力远低于屈服点，因而改变柱压比大小对梁的抗弯承载力及节点的滞回性能影响甚微。∞邬∞舯∞册三踟０鼍ｅ１５０韶；棹１００非觥５００２５０（ａ）ＳＴ一１（ｂ）ＳＴ一５图５２５梁端荷载与位移Ｐ一△曲线引拼一６０一２００２０４０６０—∞∞｛０梁端位移（△／ｍⅢ）粱端位移（△／衄）（ａ）ＳＴ一１（ｂ）ＳＴ一５图５．２６梁端荷载一位移的滞回曲线５．４．２柱顶加水平位移荷载在保持材性不变的情况下，对节点ｓＴ一１、ＳＴ一５改变边界条件（柱底面ＸＹｚ三方向线位移约束，梁端面ｘｚ两方向线位移约束，Ｙ向自由）柱顶施加Ｙ方向荷载进行不同柱轴压比下柱顶水平单调和低周往复加载分析，模拟的是框架梁柱反弯点间的十字形受力形式如图５．２７所示，改变柱轴力的大小，节点试件的柱项水平荷载与位移的Ｐ一△曲线如图５．２８所示。从单调和往复加载的荷载一位移睦线图可以看出：轴压比变化对曲线的形状影响较大，随着柱轴压比的增大，节点的刚度、承载力变化和节点的梁端荷载一位移滞回性能影响较大。其影响规律为：随着轴压比的增加，节点的承载力有所提高；节点试件在加载过程中，轴压比ｎ的增大对弹性阶段节点刚度的影响不是很明显，当曲线进入强化阶段差别却较为显著。图５．２７模型加载及变形示意图一器｜淼ｌ裟＊３００黝伽㈣；蝴啪咖㈣。嚣：器柱项水平惶移（Ａ／Ⅲｍ）（ａ）ＳＴ一１（ｂ）ＳＴ一５图５２８柱顶水平荷载与位移的Ｐ一△曲线１０００童ｅ晕蕃柱旎｝＊＊扣｜嘈黼搠．谲阮廨瞽髟咋砺封幽一１０００柱城水半位移（△／衄）枉Ｊ贝水平位移（△／咖）（ａ）ＳＴ一１（ｂ）ＳＴ一５图５．２９柱顶水平荷载一位移的滞回曲线图５．２８（ｂ）试件ｓＴ５柱顶水平荷载与位移的尸一△曲线，轴压比ｎ＝Ｏ至Ｏ．１４２，强化段的抗弯刚度差别比较大，轴压比ｎ＝０．１４２，Ｏ．２８４，０．４２６之间节点抗弯刚度变化相对较小；图５．２８（ａ）ｓＴ一１柱顶水平荷载与位移的ＪＰ一△曲线轴压比ｎ＝０．１４２到０．３４ｌ强化段的抗弯刚度差别比较大，轴压比ｎ＝Ｏ．３４１，０．４５５，Ｏ．５６８之间节点的抗弯刚度变化相对较小．这表明：在低轴压比，增加柱子轴力对提高柱子抗弯刚度贡献比较大；当轴压比大到一定数值时（高柱的抗弯承载力及节点的柱顶荷载一位移滞回性能影响很大（见图５．２９）。（ａ）轴压比＝０．１４２（ｂ）轴压比ｎ＝０３４１图５．３０位移荷载为１０＿时钢管哎的应力云图轴压比），柱轴力对提高柱抗弯承载力贡献相对较小，因而改变柱轴压比大小对（ａ）轴压比＝０．１４２（ｂ）轴压比ｎ＝０３４１图５．３１位移荷载为１０ｍｍ时钢管内混凝土盯，的应力云图位移荷载为１０ｍｍ轴压比ｎ＝０．１４２、０．３４１钢管和钢管内混凝土盯，的应力云图分别见图５．３０和图５．３１，通过对比分析看出：ｎ＝０．３４１较ｎ＝０．１４２对应盯，的拉应力减小了，而仃，压应力增大了。柱顶施加水平力使得钢管柱受弯产生拉应力，柱轴压力Ｎ越大，抵消柱子上弯曲应力就越多，核心混凝土的受压面积会不断增加，从而提高了柱的抗弯承载力，这一点类似于钢筋混凝土压弯构件的特性。５。５本章小结（１）Ｔ型加劲板节点的抗弯承载力远高于其它节点，节点破坏时在节点核心区域外形成塑性铰，能满足现行的抗震设计规范“强柱弱梁、强节点弱杆件”的抗震设计原则。（２）节点的荷载一位移滞回环饱满，没有明显捏拢现象，耗能能力优良，适于地震地区使用；Ｔ板连接节点位移骨架曲线达到荷载峰值后都有较长的强化段，说明Ｔ板节点具有良好的延性性能。（３）随轴压比的增大，柱子轴压力对弯矩产生的拉应力抵消的越多，钢管及钢管内混凝土拉应力明显减小。（４）轴压比的变化，仅对柱子本身的受力有直接影响，而对梁端的影响较小。（５）轴压比的变化对梁端荷载一位移的滞回曲线形状几乎无影响，无论轴压比的大小滞回曲线形状均呈现饱满的梭形；轴压比的变化对柱顶水平荷载一位移的滞回性能影响比较大，轴压比由小变大，节点的滞回耗能能力也有提高。结论与展望结论本文采用通用有限元软件ＡＮＳＹＳ对Ｔ型加劲板钢管混凝土柱一钢梁节点进行一系列参数分析，得到下述结论：（１）有限元计算的应力分布与塑性铰的发展状况与文献试验结果吻合良好，有限元计算的弯矩一转角滞回曲线也吻合良好。通用有限元软件ＡＮｓＹｓ可以有效地进行组合结构节点在循环荷载作用下的非线性性能的研究。（２）从有限元理论分析和文献试验结果分析表明适当设计Ｔ型加劲板可以确保节点破坏时在节点区域外的梁截面上形成塑性铰。（３）节点刚性的参数分析表明：外部Ｔ型加劲方钢管混凝土柱一Ｈ型钢梁节点并不是完全是刚接的，在梁端荷载作用下，梁柱之间存在着相对的转动；在所有的影响因素中，对节点刚度影响最大的是梁的截面高度，而钢管厚度和水平加劲板的宽度对节点刚度几乎没有影响。（４）Ｔ型加劲板节点的抗弯承载力远高于其它节点，节点破坏时在节点核心区域外形成塑性铰，能满足现行的抗震设计规范“强柱弱梁、强节点弱杆件”的抗震设计原则；（５）节点的荷载～位移滞回环饱满，没有明显捏拢现象，延性性能和耗能能良好，适于地震地区使用。（６）随轴压比的增大，柱子轴压力对弯矩产生的拉应力抵消的越多，钢管及管内混凝土拉应力越小。（７）轴压比的变化，仅对柱子本身的受力有直接影响，而对梁端的影响较小。（８）轴压比的变化对梁端荷载一位移的滞回曲线形状几乎无影响，无论轴压比大小滞回曲线形状均呈现饱满的梭形；轴压比的变化对柱顶水平荷载一位移的滞回曲线影响比较大，轴压比由小变大，节点的滞回耗能能力也有提高。展望本文所做的工作还只是初步研究，还有很多问题待解决，比如：（１）进一步研究混凝土强度对节点受力性能的影响，加劲板长度，高度对节点抗震性能的影响（２）本文研究的节点属于强柱弱梁型节点，需要进一步拓展钢管混凝柱与钢梁连接节点类型，丰富节点构造。（３）进一步进行必要的节点模型试验，探索新型连接节点的破坏机理、滞回性能与延性特征等。（４）在试验与数值计算的基础上，进行节点的参数优化设计，建立节点强度、延性计算理论与恢复力本构模型。（５）在大量数值分析与进一步试验的基础上，建立节点简化设计的成套理论与方法，推出节点设计的软件，方便组合结构设计与应用。（６）探索节点的合理构造措施，确保节点在地震区多高层建筑上的安全使用，促进组合结构的推广应用。（７）理论与试验研究合理的组合建筑结构体系类型及整体结构的抗震性能，建立组合结构延性抗震与功能抗震计算理论与方法，开发结构抗震设计计算软件。（８）探索简便、快捷、安全的组合结构施工方法，开展施工力学研究与应用。参考文献［１］蔡绍怀．我国钢管混凝土结构技术的最新进展［Ｊ］．土木工程学报，１９９９，３２（４）．［２］Ｊｃｃｈａｐｍａｎ，ａｎｄＰＫＮｅｏｇｉ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣｏｎｃｒｅｔｅ—ｆｉｌ】ｅｄＴｕｂｕｌａｒＣｏｌｕｍｎｓ［Ｊｊ．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ．Ｌｏｎｄｏｎ：工ｍＤｅｒｉａｌＣｏｌｌｅｇｅ，１９６５，１３．［３］钟善桐．高层钢管混凝土结构［Ｍ］．哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，１９９９．［４］国家建材总局标准［Ｓ］，钢管混凝土结构设计与施工规程ＪＣＪＯ卜８９．［５］中国建设工程标准化协会标准［Ｓ］，钢管混凝土结构设计与旖工规程ＣＥＣＳ２８：９０．［６］周起敬、姜维山、潘泰华．钢与混凝土组合结构设计施工手册［Ｍ］．中国建筑工业出版社，１９９１．［７］沈祖炎、秦效启．矩形钢管混凝土结构设计［Ｍ］．同济大学出版社，２００１，１２．［８］韩林海．钢管混凝土结构理论与实践［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４．［９］王秀丽，殷占忠，李庆福等．新型钢框架梁柱节点抗震性能试验研究［Ｊ］．建筑钢结构进展，２００５，４．［１０］吕西林，李学平，余勇．方钢管混凝上柱与钢梁连接的设计方法［Ｊ］．同济大学学报，２０００（１）：ｌ～５．［１１］王秀丽，沈世钊，朱彦鹏等．轻钢结构在房屋增层改造中的应用．兰州理工大学学报，２００４，１．［１２］ＤｅｉｅｒｌｅｉｎＧＤ，ＮｏｇｕｃｈｉＨＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＵＳＪａｐａｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］，ＡＳＣＥ，２００４，１３０（２）：３６１～３６７．［１３］王万祯，顾强，王秀丽．节点域对钢框架梁柱连接受力性能的影响．建筑结构，２００５，１２．［１４］ＦｅｄｅｒｉｃｏＭＭ．Ｍｏｍｅｎｌ．ｒｅｓｉｓｔａｎｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｏｆｓｔｅｅｌｆｒａｍｅｓｉｎｓｅｉｓⅢｉｃａｒｅａｓ—Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ［Ｍ］．ＥａｎｄＦＮＳｐｏｏｎ，２０００，３．［１５］日本建筑学会著，冯乃谦、叶列平等．钢骨钢筋混凝土结构计算标准及说明［Ｓ］．北京：原子能出版社，１９９８，１’［１６］ＣＭａｔｓｕｉ，ｅｔａｌ；ＡＩＪＤｅｓｉｇｎＭｅｔｈｏｄｆｏｒＣｏｎｃｒｅｔｅＦｉｌｌｅｄＳｔｅｅｌＴｕｂｕｌａｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ＡＳＣＣＳＳｅｍｉｎａｒ，工ｎｎｓｂｒｕｃｋ，１８ｔｈ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ１９９７．［１７］ＳａｓａｋｉＳａｔｏｓｈｉ，ＴｅｒａｏｋａＭａｓａｒｕ，ＭｏｒｉｔａＫｏｉｉｅｔａｌ．ＳｔｍｃｔｕｒａｌＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＣｏｎｃｒｅｔｅＦｉＩｌｅｄＳｑｕａｒｅＴｕｂｕＩａｒＣｏｌｕｍｎｗｉｔｈＰａｒｔｉａｌＰｅｎｅｔｒａｔｉｏｎＷｅＩｄＣｏｒｎｅｒ钢管混凝土柱一钢粱节点受力性能分析ＳｅａｍｔｏＳｔｅｅｌＨ－ｂｅ锄ＣｏＩｕｌｅｃｔｉｏｎ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ４ｍＰａｃｉｆｉｃＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＳｔｅｅｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９９５，１４（２）：３３～４．［１８］余勇，吕西林，田中清．方钢管混凝土柱与钢梁连接的拉伸试验研究［Ｊ］．结构工程师，１９９９，１．［１９］余勇．方钢管混凝土结构的性能研究［Ｄ］：［同济大学博士学位论文］．上海：同济大学，１９９９．［２０］ＸｉｌｉｎＬｕ，ＹｏｎｇＹｕｅｔａｌＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｉｎｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＣＦＲＴｃ０１ｕｍｎａｎｄｓｔｅｅｌｂｅａｍＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃｓ９（４），Ａｐｒｉ１２０００，ｐａｇｅ３６５３７４．大学学报，２００ｌ（２）．［２２］张大旭，张素梅．钢管混凝土柱与梁节点抗剪承载力［Ｊ］．哈尔滨建筑大学学报，２００ｌ（６）．哈尔滨建筑大学学报，２００ｌ（８）．建筑科技大学博士学位论文］．西安：西安建筑科技大学，２００４．［２８］易日．使用ＡＮｓＹｓ６．１进行结构力学分析［Ｍ］．北京大学出版社，２００２．６．０进行有限元分析［Ｍ］．北京大学出版社，２００２．２００３．［３１］Ｋｙｕｎｇ—ｊａｅＳｈｉｎ，Ｙｏｎｇ—ＪｕＫｉｍ，Ｙｏｎｇ—ＳｕｋＯｈ．ＢｅｈａｖｉｏｒｏｆｗｅｌｄｅｄＣＦＴｃｏｌｕｍｎｔｏＨ—ｂｅａｍｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｅｘｔｅｒｎａｌＴ—ｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓ［Ｊ］．Ｅｎｇｉ—ｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００４，２６：１８７７—１８８７．［３２］ｃｈａｎｇ—ｈｏｏｎＫａｎｇ，Ｋｙｕｎｇ—ｊａｅＳｈｉｎ，Ｙｏｎｇ—ＳｕｋＯｈ．ＨｙｓｔｅｒｅｓｉｓｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＣＦＴｃ０１ｕｍｎｔｏＨ—ｂｅａｍｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｅｘｔｅｒｎａｌｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓａｎｄｐｅｎｅｔｒａｔｅｄｅｌｅｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００１．［３３］骆伟．高层建筑钢管混凝土柱新型节点的试验研究与有限元分析［Ｄ］：［华南理工大学硕士学位论文］．广州：华南理工大学，１９９９，１８～２０．［３４］陈娟，王湛，袁继雄．加强环式钢管混凝土柱一钢梁节点的刚性研究［Ｊ］．建筑结构学报，２００４，８．［３５］韩晓健，孙伟民．钢管混凝土柱节点三维有限元受力分析［Ｊ］．南京建筑工［２１］张大旭，张素梅．钢管混凝土梁柱节点动力性能试验研究［Ｊ］．哈尔滨建筑［２３］张素梅，张大旭．钢管混凝土柱与梁节点荷载一位移滞回曲线理论分析［Ｊ］．［２４］周大华．方钢管混凝土柱一钢梁框架节点抗震性能及承载力研究［Ｄ］：［西安［２５］过镇海，时旭东．钢筋混凝土原理和分析［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００３．［２６］韩林海．钢管混凝土结构［Ｍ］．北京：科学出版社，２０００．［２７］王仁，黄文彬，黄筑平．塑性力学引论［Ｍ］．北京：北京大学出版社，２００３．［２９］谭建国．使用ＡＮＳｙｓ［３０］叶先磊，史亚杰．ＡＮｓＹｓ工程分析软件应用实例［Ｍ］．北京：清华大学出版社，程学院学报，２００１，（４）：７９—８３．［３６］中华人民共和国建设部．建筑结构抗震设计规范［Ｍ］．北京：中国计划出版社，２００３．［３７］郝文化，叶裕明等．ＡＮｓＹｓ土木工程应用实例［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００５．［３８］中华人民共和国建设部．钢结构设计规范［Ｍ］．北京：中国计划出版，２００３．［３９］ＫａｎｇｃＨ，ＣｈａｅＹｓ，ＳｈｉｎＫＪ，ＯｈＹＳ，ＭｏｏｎＴＳ．ｃＦＴｃｏｌｕｍｎ—ｔｏ—ｂｅａｍＭａｎｇｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｏｕｔｈＫｏｒｅａ．ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓＳｙｍｐｏ—ｓｉｕｍ２００２．ｏｎｗｉｔｈｅｘｔｅｒｎａｌｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓ．ＳｅｃｏｎｄＳｔｅｅｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ２１—２２ＮｏｖｅｍｂｅｒＳｅｏｕｌ，ｎ．１２３—３０．Ｈ，ＲｉｄｅｓＪ．ＡｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｆｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｔＣＦＴＭＲＦｓ．Ｒｅｐｏｒｔ，ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔＢｅｔｈｌｅｈｅｍ，ｏｆＣｉｖｉｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，［４０］ｚｈａｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＬｅｈｉｇｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＯｈＹＳ，ＰＡ，１９９６．ＨｙｓｔｅｒｓｉｓｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＣＦＴｃｏｌｕｍｎＴ—ｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓａｎｄｐｅｎｅＬｒａｔｅｄ［４１］ＭｏｏｎｔｏＴＳ，ＳｈｉｎＫＪ，ＫａｎｇＣＨ．ｗｉｔｈＨ—ｂｅａｍｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｅｘｔｅｒｎａｌ２００１；ｅｌｅｍｅｎｔｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅＡ，ＡｚｉｚｉｎａⅢｉｎｉＡ．ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ．２３（９）：１１９４—２０ｌｏｆｓｔｅｅｌｂｅａｍＳｔｅｅｌｔｏ［４２］ＥｌｒｅｍａｉｌｙＣＦＴｃｏｌｕｍｎＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｂｅｈａｖｉｏｒＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌＲｅｓｅａｒｃｈ２００１：５７（１０）：１０９９～１１９．［４３］宗周红，林于东，林杰．矩形钢管混凝上柱与钢梁半刚性节点的抗震性能试验研究［Ｊ］．建筑结构学报，２００４，１２．［４４］于旭．新型方钢管混凝土柱一钢梁节点的试验研究［Ｄ］：［南京工业大学硕士学位论文］．南京：南京工业大学，２００３，５．［４５］余勇．方钢管混凝土结构的性能研究［Ｄ］：［同济大学博士学位论文］．上海：同济大学，１９９９，１．［４６］ＲｉｃｌｅｓＪＭ，ＬｕＬｗ，ＰｅｎｇＳｗ．Ｓｅｉｓｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉ１１ｅｄｔｕｂｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｃｏｌｕｍｎ—ｔｏ—ＷＦＢｅｈａｖｉｏｒｓｔｅｅｌｂｅａｍｍｏｍｅｎｔｏｆＳｔｅｅｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎＳｅｉｓｍｉｃＡｒｅａｓ，ＫｙｏｔｏＪａｐａｎ，ＳＴＥＳＳＡ９７，１９９７：６４０—７．［４７］ＫｉｍｕｒａＪ，ｔｏｓｑｕａｒｅＭａｔｓｕｉｔｕｂｅｏｆＣ．ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＨ—ｓｈａｐｅｄｓｔｅｅｌｂｅａｍｓｔｉｆｆｅｎｅｒｓ．２０００．ｐ．ｓｔｅｅｌｃ０１ｕｍｎｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇｖｅｒｔｉｃａｌｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｐｅｒｓＳｕｍｍａｒｉｅｓ６３１—３２．ｏｆＡｎｎｕａｌＭｅｅｔｉｎｇ，Ａ工Ｊ［４８］王来，王铁成，陈倩．方钢管混凝土柱框架节点的抗震性能试验研究［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，２００３，３５（增刊）：１７７一１７９．钢管混凝土柱．铡梁节点受力性能分析［４９］宗周红，林于东，林杰，矩形钢管混凝上柱与钢梁半刚性节点的抗震性能试验研究［Ｊ］，建筑结构学报，２００４，１２．［５０］ＪＧＪｌＯ卜９６，建筑抗震试验方法规程［ｓ］．［５１］张大旭，张素梅．钢管混凝土梁柱节点的动力性能试验研究［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，２００ｌ，３４（１）：２卜２７．［５２］王秀丽，殷占忠，李庆福．新型钢框架梁柱Ｔ型节点抗震性能试验研究．甘肃科学学报，２００４，４．［５３］余勇，吕西林等．方钢管混凝土柱的三维非线性分析［Ｍ］，地震工程与工程振动，１９９９，１．［５４］韩晓健，孙伟民，张素梅．钢管混凝土柱节点三维有限元受力分析［Ｊ］．南京建筑工程学院学报，２００ｌ，４．［５５］王秀丽，殷占忠，梁亚雄等．钢框架不同型式梁柱半刚性节点滞回性能试验研究．兰州理工大学学报，２００５，３．致谢奉文是在导师工秀丽教授的悉心指导下完成的，导师严格的学风、丰富的实践经验、广博扎实的理论知识让本人受益匪浅。在跟随土老师学习的三年中，王老师严谨细致、力求创新的工作作风，孜孜以求的治学态度，谦逊有礼的为人之道给我留下了深刻的印象，并将使我终生受益，在此，衷心感谢王老师三年来对我的教诲和关怀，祝愿王老师及家人身体健康、幸福如意。同时向长期帮助本人的王万祯博士、殷占忠师兄、陈祥勇、吕辉勇、师伟、张志公等同学以及苏成江、高月梅、夏培、高森等师弟师妹致谢，感谢各位在学习生活上的帮助、相互协助和在论文撰写期间营造的良好氛围。借此机会，向一直默默关心和支持我的父母和弟弟致以深深的谢意。最后，特别感谢评阅本篇硕士论文和出席论文答辩的各位专家和教授，在百忙中给予的指导。王建群２００６年５月于兰卅Ｉ理上大学附录Ａ：攻读学位期间所发表的学术论文［１］王秀丽，王建群开发（２００５年）．［２］王秀丽，王建群钢管混凝土柱一钢梁翼缘削弱有限元分析［Ｊ］．工业建筑增刊（２００５年）．陈祥勇．钢管混凝土柱一Ｈ型钢梁节点刚性研究［Ｊ］．建筑技术［３］朱彦鹏，吴培成，王建群．普通水泥混凝土路面裂缝分析［Ｊ］．建筑技术开发（２００５年）［４］Ｘｉｕ—ＬｉＷａｎｇ，Ｘｉａｎｇ—ＹｏｎｇｏｆＳｉｎｇｌｅＣｈｅｎ，Ｉ．ａｙｅｒＺｈａｎ—ＺｈｏｎｇＬａｔｔｉｃｅｄＮｉｎｔｈＹｉｎ，Ｊｉａｎ—Ｑｕｎｗａｎｇ，ｗｉｔｈｏｎＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎＳｐｈｅｒｉｃａｌＳｈｅｌｌＢｕｃｋｌｉｎｇ—ＲｅｓｔｒａｉｎｅｄＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｆｏｒＢｒａｃｅｓ．Ｔｈｅ工ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ１８—２１ＳｙｍｐｏｓｉｕｍＹｏｕｎｇＥｘｐｅｒｔｓ，Ａｕｇｕｓｔ２００６，Ｆｕｚｈｏｕ＆Ｘｉａｍｅｎ，ｃｈｉｎａ．（国际会议已录用）钢管混凝土柱-钢梁节点受力性能分析

作者：

学位授予单位：

王建群

兰州理工大学

1.期刊论文 张婷.肖亚明.ZHANG Ting.XIAO Ya-ming 方钢管混凝土柱-钢梁节点研究综述 -安徽建筑工业学院学报（自然科学版）2009,17(6)

方钢管混凝土柱--钢梁节点的结构性能直接影响钢管混凝土结构在建筑工程中推广和应用.为使设计人员对方钢管混凝土柱--钢梁节点有一个较为全面的了解,该文综合国内外相关资料,按刚接、半刚接、铰接三种节点类型,分别介绍目前常用节点的构造型式和受力特点,并简要介绍该节点研究现状.最后,对方钢管混凝土柱--钢梁节点的进一步研究工作做了探讨.

2.学位论文 杜培源 方钢管混凝土柱—工字钢梁节点能研究 2006

方钢管混凝土钢框架结构由于具有综合经济效益好、强度高、延性好、抗震性能优越、施工周期短等优点，其应用越来越广泛。但我国对方钢管混凝土柱－工字钢梁节点的理论和试验研究较少，因此开展方钢管混凝土柱－工字钢梁节点的受力性能研究，对于促进方钢管混凝土柱框架的推广应用具有重要的理论意义与工程应用价值。

目前，对方钢管混凝土柱与钢梁刚性连接节点的研究主要是针对内隔板式节点，柱多为焊接方钢管。本文根据多层建筑中采用冷成型方钢管柱的特点，研究了外隔板式节点和竖向加劲肋式节点的受力性能。

方钢管混凝土钢框架结构由于具有综合经济效益好、强度高、延性好、抗震性能优越、施工周期短等优点，其应用越来越广泛。但我国对方钢管混凝土柱－工字钢梁节点的理论和试验研究较少，因此开展方钢管混凝土柱－工字钢梁节点的受力性能研究，对于促进方钢管混凝土柱框架的推广应用具有重要的理论意义与工程应用价值。

目前，对方钢管混凝土柱与钢梁刚性连接节点的研究主要是针对内隔板式节点，柱多为焊接方钢管。本文根据多层建筑中采用冷成型方钢管柱的特点，研究了外隔板式节点和竖向加劲肋式节点的受力性能。

本文设计了2 个外隔板式和2 个竖向加劲肋式方钢管混凝土柱－工字钢梁节点试件，进行了节点的低周反复加载试验，研究了这两种节点在反复循环荷载作用下的滞回性能、耗能能力、延性、应力分布规律和传力机制。而后根据外隔板式和竖向加劲肋式方钢管混凝土柱－工字钢梁节点试件的实际尺寸进行三维实体建模，运用有限元软件ANSYS 进行非线性分析，有限元分析得出的结果与试验结果较为吻合。最后通过对10 个不同参数的外隔板式方钢管混凝土柱－工字钢梁节点模型的非线性有限元分析，探讨了外隔板宽度、梁翼缘变截面斜率对节点性能的影响。

试验和有限元分析结果表明，这两种节点具有足够的承载力以及较好的延性和耗能能力。外隔板式节点在梁端主要由柱角附近的外隔板承受弯矩，梁端弯矩一部分由梁翼缘通过柱腹板两侧隔板传递到柱腹板和核心区混凝土，另一部分则主要通过柱角内侧有效宽度范围内的隔板传递给柱翼缘和核心区混凝土。竖向加劲肋式节点梁端弯矩主要由梁翼缘向两侧的竖向加劲肋传递，并通过竖向加劲肋传递给柱腹板和核心区混凝土。外隔板式节点和竖向加劲肋式节点的塑性铰都出现在梁翼缘变截面最窄处，但梁翼缘变截面在竖向加劲肋外的节点的塑性区域长度大于梁翼缘变截面在竖向加劲肋内的节点。节点域剪力由钢管壁和核心区的混凝土共同承担，节点核心区混凝土应力较大的区域呈倾斜的带状分布，符合斜压杆受力机制。对外隔板式节点建议梁翼缘变截面斜率（α tg c ）可取2~4，梁端翼缘的有效宽度可取0.5 倍柱宽与2/3 倍柱腹板两侧外隔板外伸宽度之和。

外隔板式节点和竖向加劲肋式节点的受弯和受剪机理及梁上塑性铰出现位置不同于常规节点，本文根据试验和理论分析，并参考相关设计规程，推导了外隔板式节点和竖向加劲肋式节点的节点抗弯承载力和抗剪承载力、强柱弱梁验算和强节点弱杆件验算表达式，给出了节点的设计建议。

进行了节点的低周反复加载试验，研究了这两种节点在反复循环荷载作用下的滞回性能、耗能能力、延性、应力分布规律和传力机制。而后根据外隔板式和竖向加劲肋式方钢管混凝土柱－工字钢梁节点试件的实际尺寸进行三维实体建模，运用有限元软件ANSYS 进行非线性分析，有限元分析得出的结果与试验结果较为吻合。最后通过对10 个不同参数的外隔板式方钢管混凝土柱－工字钢梁节点模型的非线性有限元分析，探讨了外隔板宽度、梁翼缘变截面斜率对节点性能的影响。

试验和有限元分析结果表明，这两种节点具有足够的承载力以及较好的延性和耗能能力。外隔板式节点在梁端主要由柱角附近的外隔板承受弯矩，梁端弯矩一部分由梁翼缘通过柱腹板两侧隔板传递到柱腹板和核心区混凝土，另一部分则主要通过柱角内侧有效宽度范围内的隔板传递给柱翼缘和核心区混凝土。竖向加劲肋式节点梁端弯矩主要由梁翼缘向两侧的竖向加劲肋传递，并通过竖向加劲肋传递给柱腹板和核心区混凝土。外隔板式节点和竖向加劲肋式节点的塑性铰都出现在梁翼缘变截面最窄处，但梁翼缘变截面在竖向加劲肋外的节点的塑性区域长度大于梁翼缘变截面在竖向加劲肋内的节点。节点域剪力由钢管壁和核心区的混凝土共同承担，节点核心区混凝土应力较大的区域呈倾斜的带状分布，符合斜压杆受力机制。对外隔板式节点建议梁翼缘变截面斜率（α tg c ）可取2~4，梁端翼缘的有效宽度可取0.5 倍柱宽与2/3 倍柱腹板两侧外隔板外伸宽度之和。

外隔板式节点和竖向加劲肋式节点的受弯和受剪机理及梁上塑性铰出现位置不同于常规节点，本文根据试验和理论分析，并参考相关设计规程，推导了外隔板式节点和竖向加劲肋式节点的节点抗弯承载力和抗剪承载力、强柱弱梁验算和强节点弱杆件验算表达式，给出了节点的设计建议。

3.期刊论文 樊建慧.黄炳生.吴文平.FAN Jian-hui.HUANG Bing-sheng.WU Wen-ping 方钢管混凝土柱-钢梁半刚性节点研究综述 -江苏建筑2007,\"\"(4)

文章介绍了目前方钢管混凝土柱-钢梁半刚性连接节点的形式,概述了近年来国内外关于方钢管混凝土柱-钢梁半刚性连接节点研究,提出方钢管混凝土柱-钢梁半刚性连接研究方向的一些看法和建议.

4.期刊论文 苗纪奎.陈志华.MIAO Ji-kui.CHEN Zhi-hua 方钢管混凝土柱-钢梁节点形式探讨 -山东建筑工程学院学报2005,20(3)

方钢管混凝土柱-钢梁节点的结构性能直接影响钢管混凝土结构在住宅建筑工程中的推广和应用.为了使设计人员对方钢管混凝土柱-钢梁节点形式有一个较为全面的了解,本文按铰接、半刚接和刚接三种节点类型分别介绍了目前常用节点的构造型式和受力特点,并简要介绍了刚接节点的研究现状.在此基础上提出了两种新型刚接节点-隔板贯通式节点和外肋环板节点,最后结合工程建设中的实际情况,对方钢管混凝土柱-钢梁节点今后的研究方向提出一些看法和建议.

5.学位论文 王晓艳 H型钢梁与方钢管混凝土柱隔板贯通式连接节点性能试验研究 2008

方钢管混凝土柱与H钢梁形成的框架结构体系已经成为住宅钢结构的一个主要发展方向，但目前相应的规范、规程中适用于这种新型结构体系的节点形式比较少，计算理论与设计方法也不成熟，在一定程度上制约其工程应用。

本文首先总结了方钢管混凝土柱-钢梁常用刚接节点的类型及其受力特点，并简要介绍了国内外的研究现状，在此基础上，对隔板贯通节点的力学性能从理论和试验两个方面进行了研究。

为研究方钢管混凝土柱与钢梁受拉翼缘的连接性能，基于隔板贯通节点承载力理论，本文对7个十字形节点试件进行了静力拉伸试验，介绍了各试件的破坏过程及特征，分析了节点域的应力传递机制，考察了钢梁翼缘与隔板连接构造及设计参数对节点连接性能的影响，并对节点承载力理论计算值与试验值进行了比较分析。研究结果表明：倒角放坡型隔板贯通节点具有较好的承载力和延性，在钢管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度，但对于填充混凝土的节点试件，理论计算值与试验值相比偏于保守。

为研究隔板贯通式节点的抗震性能，本文对4个足尺节点试件进行了低周反复荷载试验，描述了各试件的破坏过程及特征，并对节点的抗震性能进行了深入的研究与分析。结果表明：隔板贯通节点滞回曲线饱满，具有较强的耗能能力。钢梁翼缘与隔板的连接构造对节点的延性、耗能能力、刚度退化影响较大。隔板的厚度、浇筑孔径和钢管的宽厚比对梁端破坏节点的抗震性能影响较小，但在试件中浇筑混凝土可以显著提高节点刚度，减小核心区的

剪切变形，改善隔板贯通节点的抗震性能。

6.会议论文 苗纪奎.陈志华 方钢管混凝土柱-钢梁框架节点形式及性状分析 2004

方钢管混凝土柱-钢梁框架节点的连接性能直接影响钢管混凝土结构在住宅建筑中推广和应用。本文在介绍我国常用的方钢管混凝土柱—钢梁框架节点的形式及其性状的基础上,提出了两种新型刚性节点形式,并简要介绍我国对方钢管框架节点的研究现状,阐述了目前在我国研究方钢管混凝土柱-钢梁框架节点性能对推动钢管混凝土结构在住宅建筑中的应用具有重要的现实意义。

7.期刊论文 吴文平.黄炳生.樊建慧.WU Wen-ping.HUANG Bing-sheng.FAN Jian-hui 方钢管混凝土柱-钢梁刚性节点研究综述 -低温建筑技术2007,\"\"(6)

综合国内外的相关资料,介绍了方钢管混凝土柱-钢梁刚性节点的各种形式,并就各种节点形式的特点、受力性能及研究现状做了阐述.最后,对方钢管混凝土柱-钢梁节点的进一步研究工作做了探讨.

8.学位论文 蔡叶宏 方钢管混凝土柱-钢梁节点的抗震性能研究 2006

方钢管混凝土结构作为一种新型组合结构，具有承载力高、耗能能力强、延性好等特点，且外形规则便于梁柱连接，防火措施简单，施工周期短，因此，在中高层住宅建筑中有较广泛的应用前景。然而，目前制约方钢管混凝土结构推广应用的主要问题在于节点构造方案，因此，开展针对中高层住宅建筑的方钢管混凝土柱一钢梁节点研究，探讨合理、有效的节点构造方案，具有十分重要的理论意义和应用价值。

论文在对现有节点的受力机理进行详尽地分析同时，提出了狗骨式节点方案。通过采用理论分析和数值模拟相结合的方法，反映出狗骨式节点在抗震性能上的优越性。

主要研究内容与成果如下：

1．利用大型通用有限元工具ANSYS8.0，建立了方钢管混凝土柱-钢梁节点的模型，通过对节点施加往复水平荷载，研究了节点的应力分布，钢管与混凝土间的滑移，以及内填混凝土的应力和裂缝分布等情况，系统分析了所研究节点的受力性能及破坏形式。

2．要对试件的抗震性能进行全面的评价，需要对在往复水平荷载作用下节点的延性、耗能能力等各方面进行综合分析。本文将首先对反映以上四个方面的各种指标进行讨论，然后结合本次模型的数值分析，选用合理的指标对本文研究的节点抗震性能进行详细分析。在分析过程中，将经过削弱处理的方钢管混凝土柱一钢梁节点与原有节点进行比较分析，探讨狗骨式节点在抗震性能上的优越性。

3．论文考虑了影响方钢管混凝土柱一钢梁节点极限承载力的6个因素，采用正交设计方法设计出8个节点试件。分别对这8个试件的极限承载力进行数值模拟，并通过正交分析提取节点承载力的主要影响因素，揭示各因素与节点承载力之间的关系。

9.期刊论文 黄炳生.杜培源.樊建慧.HUANG Bingsheng.DU Peiyuan.FAN Jianhui 方钢管混凝土柱—钢梁外隔板式节点非线性有限元分析 -四川建筑科学研究2009,35(1)

选择合适的材料本构模型,利用三维实体单元,对方钢管混凝土柱-钢梁外隔板式节点建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型,模拟分析了单调加载下节点的受力性能,较为精确地分析了节点区应力分布.结果表明,由有限元模型所得的位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线极为相似,由有限元模型所得的应变分布和发展规律与试验结果一致.外隔板式节点的梁端弯矩一部分通过柱腹板两侧隔板传递到柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分则主要通过柱角两内侧各0.25倍柱宽范围内的隔板直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土,柱角附近的隔板出现严重的应力集中,节点因受压翼缘屈曲、梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰而破坏.节点核心区混凝土符合斜压杆受力机制.

10.学位论文 郭彦利 削弱梁端的方钢管混凝土柱—焊接钢梁节点选型及设计 2006

方钢管混凝土结构作为一种新型组合结构，具有抗压强度高、承载力高、自重轻、施工方便、外形美观和造价经济的特点，因此，在中高层建筑中有较广泛的应用前景。然而，目前制约方钢管混凝土结构推广应用的主要问题是对方钢管混凝土柱—钢梁连接缺少深入研究，因此，开展针对中高层建筑的方钢管混凝土柱—钢梁节点研究，探讨合理、有效的节点构造方案，具有十分重要的理论意义和应用价值。

本文在已有试验和现有削弱梁端节点方案特点的基础上，提出了节点的其他削弱形式，并采用有限元理论分析方法，对新的削弱形式的节点进行了系统的分析，主要有以下工作：

提出了11种新型的方钢管混凝土柱—钢梁节点的形式，并且对新型节点进行了有限元理论研究，主要探讨了各种削弱节点的荷载—位移曲线，试件在水平荷载作用下梁端最大Mises应力的外移效果，梁柱相交处的Mises应力分布和削弱处的Mises应力分布，根据这些参量来调整各试件的削弱尺寸，直到梁端的应力分布达到较好效果，调整后的节点模型根据其单调加载后的受力性能，首先，对各试件进行排序；其次，从受力性能，施工是否方便，对成型建筑物室内装修效果的影响和建筑物所在地对节点抗震性能要求等方面，得出本文推荐形式；第三，利用非线性有限元分析软件ANSYS对推荐模型进行低周反复加载的受力性能分析；最后，提出新型削弱节点的设计建议。

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y910473.aspx

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下载时间：2010年11月7日