圓鋼管—圓鋼管混凝土焊接節(jié)點(diǎn)抗彎剛度和極限承載力研究.pdf

1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)利用鋼管和混凝土兩者之間在受力過程中的相互作用，充分發(fā)揮了兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，具有承載力高、塑性和韌性好、抗震性能優(yōu)越、施工方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。近年來，在我國的高層建筑工程和大跨度橋梁工程中，鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。然而對圓鋼管混凝土焊接節(jié)點(diǎn)的抗彎剛度和極限承載力，目前尚缺乏了解和研究。本文在評述國內(nèi)外本課題相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從試驗(yàn)和理論兩個(gè)方面對這兩大主題進(jìn)行了多方面的研究。主要內(nèi)容包括： ⑴對廣州

2、新電視塔的鋼管混凝土復(fù)雜節(jié)點(diǎn)在支管彎矩作用下的節(jié)點(diǎn)抗彎剛度和極限承載力進(jìn)行了試驗(yàn)研究，隨后對10個(gè)T型鋼管混凝土焊接節(jié)點(diǎn)在支管平面彎矩作用下的節(jié)點(diǎn)抗彎剛度進(jìn)行了試驗(yàn)研究，利用實(shí)體單元對節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行有限元分析，并對節(jié)點(diǎn)抗彎性能進(jìn)行了評價(jià)。對比空鋼管節(jié)點(diǎn)，鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)在彎矩作用下的節(jié)點(diǎn)抗彎剛度和抗彎承載力有顯著的提高。在一定的幾何參數(shù)條件下，鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)在直至相連支管達(dá)到屈服強(qiáng)度之前，可以作為全剛接抗彎節(jié)點(diǎn)看待。此章為后續(xù)章節(jié)的研究提供

3、了試驗(yàn)基礎(chǔ)和比較依據(jù)，并校驗(yàn)了有限元分析的適用性。 ⑵從對節(jié)點(diǎn)變形機(jī)理的描述入手，說明了節(jié)點(diǎn)局部抗彎剛度的定義。對鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)抗彎剛度的影響參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究。計(jì)算結(jié)果表明，管徑比、主管徑厚比對節(jié)點(diǎn)抗彎剛度有比較顯著的影響，而壁厚比的影響較??；主管內(nèi)填充混凝土能明顯提高節(jié)點(diǎn)抗彎剛度，但混凝土彈性模量的變化對節(jié)點(diǎn)抗彎剛度影響較小。運(yùn)用多元回歸方法得到T型、Y型節(jié)點(diǎn)的抗彎剛度計(jì)算公式，定義K型間隙節(jié)點(diǎn)抗彎剛度減低系數(shù)，給出了

4、基于Y型節(jié)點(diǎn)的K型間隙節(jié)點(diǎn)的抗彎剛度計(jì)算公式。隨后針對Warren型鋼管混凝土桁架，計(jì)算節(jié)點(diǎn)抗彎剛度對其結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形的影響，計(jì)算結(jié)果表明采用全鉸接模型假定確定桿件軸力具有足夠的精確度；從偏于安全的角度，確定桿件的彎矩可采用全剛接模型，鋼管混凝土桁架中支管的內(nèi)力若要精確計(jì)算，應(yīng)考慮節(jié)點(diǎn)抗彎剛度；結(jié)構(gòu)整體撓度的計(jì)算可采用全鉸接模型。 ⑶通過對7個(gè)鋼管混凝土K型間隙節(jié)點(diǎn)的承載力試驗(yàn)，考察鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的破壞模式和極限承載力。試驗(yàn)結(jié)

5、果表明，與空鋼管節(jié)點(diǎn)相比，鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的受力性能、破壞模式有明顯的差異；鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的承載力有較為顯著的提高；鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)在喪失承載力之前的宏觀變形特征不明顯。采用實(shí)體單元對7個(gè)完成試驗(yàn)的鋼管混凝土K型間隙節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了破壞的全過程有限元數(shù)值模擬，通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，證明采用通用有限元軟件對鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的極限承載力進(jìn)行數(shù)值分析是可行的。提出了鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)極限承載力的判定準(zhǔn)則?？疾炝瞬煌吔鐥l件、加載方式以及應(yīng)變強(qiáng)化等因素對于節(jié)點(diǎn)

6、極限承載力的影響，提出了具有較好適應(yīng)性的有限元分析模型。 ⑷對鋼管混凝土K型間隙節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了大量的有限元計(jì)算，考察節(jié)點(diǎn)各個(gè)參數(shù)對鋼管混凝土焊接節(jié)點(diǎn)破壞模式和節(jié)點(diǎn)承載力的影響。計(jì)算結(jié)果表明，管徑比、主管徑厚比對于節(jié)點(diǎn)的承載能力有明顯的影響；間隙比和混凝土強(qiáng)度的變化對節(jié)點(diǎn)承載力影響較小。運(yùn)用多元回歸方法得到了鋼管混凝土K型間隙節(jié)點(diǎn)的極限承載力公式，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，結(jié)果表明公式具有較好的精度和可靠性，在此基礎(chǔ)上給出了T、Y型節(jié)點(diǎn)