新型钢管混凝土斜柱转换结构节点受力性能研究

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高层、超高层建筑朝体型复杂、功能多样的方向发展,往往使建筑物的竖向承重构件不能直接连续贯通,必须在上下层结构形式或柱网尺寸不同的楼层设置转换层。斜柱转换结构的优点为传力直接、转换构件截面尺寸较小、有利于建筑空间的利用、可兼作抗侧力构件等,而钢管混凝土特别适合在小偏心受压构件中使用。结合钢管混凝土结构与斜柱转换结构的优点,形成钢管混凝土斜柱转换结构,可满足大跨、重载、多向转换的功能需要。然而,节点区受力复杂,是该类型转换结构中的重要部位和设计的关键。因此,研究开发受力性能良好、施工方便、经济效果好的钢管混凝土斜柱转换结构节点构造形式、建立一套完整的设计方法,是科研和设计人员面临急待解决的课题。本文以江门海逸酒店工程为背景,对其所应用的新型钢管混凝土斜柱转换结构节点进行了深入地研究,并得到了以下的结论:(1)设计了2个1:6的缩尺试验模型,对节点进行轴向荷载作用下的力学性能测试,评估节点的受力性能和静载能力。试验结果表明:节点具有良好的受力性能,节点的失效主要发生在上部构件上,均为某一构件加载端附近钢管壁压屈外鼓、混凝土压碎。(2)采用有限元分析软件ABAQUS对试件节点受力性能进行了模拟分析,进行了杆件承载能力、荷载-应变曲线、破坏形态等有限元分析结果与试验结果的对比,结果表明有限元分析与试验结果吻合良好,本文所建立的有限元模型能够较准确地反映节点在静力荷载作用下的受力性能和破坏形态。(3)结合有限元分析结果,对节点进行了深入的受力机理分析,通过荷载的选取、传递、构件的设计、节点的设计等过程分析,提出了一套适用于本类型节点的设计思路和方法。(4)对节点设计过程中不确定的影响因素进行了参数分析,包括纵向和横向加劲肋(环板)的厚度、节点区从下往上第一层环板(HB1)与第二层(HB2)设置的合理性等。分析结果表明:HB1的设置与否对节点受力性能的影响可以忽略不计,而HB2的设置对节点受力性能有所提高,对节点承载能力提高的幅度为2.5%。本文的研究成果可为该新型钢管混凝土斜柱转换结构节点的设计提供理论依据和设计方法,可直接应用于实际工程。
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