矩形钢管混凝土框架节点的非线性有限元分析

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近年来,矩形钢管混凝土框架结构在实际工程中的应用越来越广泛,钢管混凝土节点的设计方法和构造措施是必须解决的关键问题之一。但到目前为止,针对节点核心区专门的抗剪性能的试验研究极少,尚未提出具备实用价值的计算方法,已有的相关规程不严密且内容粗糙,严重影响了该种结构在实际工程的应用。本文首先对已有的矩形钢管混凝土框架节点进行了有限元分析,在验证模型有效性的基础上,以柱轴压比、核心区钢管壁厚与柱钢管壁厚比、核心区高宽比为参数,对削弱核心区的矩形钢管混凝土框架节点进行了全因素分析和单因素分析,研究了节点的破坏模式、极限承载力,以及各参数对节点受力性能的影响规律,分析了该类节点在满足抗震设防要求的前提下各参数的合理取值范围,得到了矩形钢管混凝土框架节点核心区抗剪承载力的计算方法。全因素分析结果表明:所有节点均在核心区发生了破坏,核心区混凝土的应力分布符合斜压杆理论,而梁端、柱端及加强环板均没有达到屈服。核心区钢管壁厚与柱钢管壁厚比对节点核心区抗剪承载力的影响最大,随着核心区钢管壁厚与柱钢管壁厚比的增加,节点核心区抗剪承载力显著提高;柱轴压比的影响次之,随着柱轴压比的增加,节点核心区抗剪承载力随之下降;核心区高宽比和节点类型对核心区抗剪承载力的影响不大。单因素分析结果表明:要保证该类节点可靠的传力,柱轴压比宜小于0.6,核心区钢管壁厚与柱钢管壁厚比宜大于等于1。通过模拟数据修正了矩形钢管混凝土框架节点的抗剪承载力计算公式,本文计算公式力学概念明确,计算结果与实际值误差在10%以内,且安全、合理,可以用于指导工程实践。
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