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方钢管混凝土结构是一种优良的结构形式,但其节点构造复杂。现常用的方钢管混凝土柱与H型钢梁节点为隔板节点。隔板节点易发生焊缝裂纹、塑性变形能力差,梁柱截面较小时不便施工。方钢管混凝土柱与H型钢梁端板节点可有效避免以上缺点,并有较高的承载力、刚度和耗能能力,但其性能有待进一步研究,主要体现在缺乏节点参数分析和破坏研究上。
论文考虑材料非线性、几何非线性和接触非线性,建立了方钢管混凝土柱与H型钢梁端板节点的有限元模型。研究了端板厚度对节点承载力、刚度、滞回性能、端板与柱翼缘的摩擦、螺栓和节点域受力的影响。以端板与螺栓群承载力比例为参数研究了连接的破坏模式,提出了螺栓拉力和螺栓伸长转角的计算模型,评价了现有螺栓计算方法。
研究表明:端板厚度对节点承载力影响不大,提高端板厚度可提高节点刚度。但端板达到一定厚度后,其提高作用减弱。端板厚度对节点域抗剪承载力没有影响。端板过厚,不利于梁端剪力的传递。端板和螺栓群承载力大小关系对节点连接破坏模式和螺栓受力有重要影响。连接破坏有三种模式:端板屈服、螺栓破坏和混合破坏。方钢管混凝土柱与H型钢梁端板节点的螺栓较长,对节点刚度有较大影响。
与三种破坏模式对应,本文建立了螺栓拉力计算模型和三线性螺栓伸长转角模型。计算结果与有限元分析结果符合。