多室式钢管混凝土T形偏压短柱性能分析.pdf

1 8 四川建筑科 学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 8卷第3期 2 0 1 2年 6月 多室式钢管混凝土 T形偏压短柱性能分析 李雪琛 ， 屠永清 ( 北京航空航天大学交通科学与工程学院， 北京1 0 0 1 9 1 ) 摘要： 采用 A B A Q U S软件， 建立了多室式钢管混凝土 T形短柱的有限元模型。对 3个轴压短柱试件进行了模拟 分析， 得出荷载 一位移曲线， 并将计算结果与试验结果进行了对 比。在此基础上对多室式钢管混凝土 T形短柱的 偏压性能进行了大量数值模拟计算， 得出了其 一M M 相关曲线 ， 分析了各参数对其 N N M M 相关 曲线 的影响。参考矩形钢管混凝土柱承载力的计算理论和方法 ， 在分析计算数据的基础上， 建立了多室式钢管混凝土T 形短柱偏压承载力的简化计算公式。分析结果表明， 所提出的偏压强度承载力计算公式与数值模拟结果符合 良 好 ， 可供工程设计参考。 关键词 ： 钢管混凝土； 多室式； T形截面； 偏压； 有限元 中图分 类号 ： T U 3 9 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 1 8 0 5 Pe r f o r m a n c e a n a l y s i s o n mu l t i - c e l l T- s h a p e d c o nc r e t e fil l e d s t e e l t u b ul a r s h o r t c l o u m n un de r e c c e n t r i c c o mpr e s s i o n LI Xu e c h e n， TU Yo n g q i n g ( S c h o o l o f T r a n s p o r t a t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ， B e ij i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n d A s t ron a u t i c s ， B e i j i n g 1 0 0 1 9 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h i s p a p e r ， t h e fi n i t e e l e me n t mo d e s o f mu l t i c e l l T - s h a p e d c o n c r e t e fi U e d s t e e l t u b u l a r s h o a c o l u mn w e r e e s t a b l i s h e d b y u s i n g s o f t w a r e A B A Q U S T h r e e a x i a l c o m p r e s s i o n s h o r t c o l u mn s p e c i me n s w e r e a n a l y z e d a n d t h e c alc u l a t e d f o r c e d i s p l a c e m e n t c u r v e w e r e c o mp a r e d w i t h e x p e ri me n t al r e s u l t s On t h e b a s i s o f i n v e s t i g a t i o n a b o v e ， a l a r g e n u mb e r of n um e ri c al an a l y s e s o n mu l t i c e l l T s h a p e d c o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b u l ar s h o rt c o l u mn u n d e r e c c e n t ri c c o mp r e s s i o n w e r e p r o c e e d ， a n d N NM Mu c u r v e s we r e o b t a i n e d T h e e ff e c t s o f v a ri o u s f a c t o r s o n t h e N N一 M M c u r v e s w e r e a n a l y z e d Wi t h r e f e r e n c e t o t h e c a l c u l a t i n g t h e o r y a n d me t h od o f r e c t a n g u l ar c o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b ular c o l u mn b e a r i n g c a p a c i t y， t h e s i mp l i fi e d f o r mula s for b e a ri n g c a p a c i t y o f mu l t i c e ll T s h a p e d c o n c r e t e fi ll e d s t e e l t u b ula r s h o r t c o l u mn u n d e r e c c e n t ri c c o mp r e s s i o n w e r e r e c o mme n d e d An a l y s i s r e s ult s s h o w t h a t t h e c alc ula t i o n r e s ult s f r o m t h e p r o p o s e d f o rm ula s g le e we l l wi t h t h e fin i t e e l e me n t a n aly s i s r e s u l t s Th e for mula s a r e v a l u a b l e t o t h e e n g i n e e r i n g d e s i g n Ke y wo r d s ： c o n c r e t e fi ll e d s t e e l t u b ula r c o l u mn s ； mu l t i c e ll ； T s h a p e d s e c t i o n； e c c e n t ri c c o mp r e s s i o n； fi n i t e e l e me n t me t h od O 引 言 近年来 ， 钢管混凝土以其 良好的力学性能和施 工方面的优势在建筑工程中逐步得到推广应用。与 传统矩 、 圆形钢管混凝土柱相 比， 异形钢管混凝土柱 能适用于住宅中相对灵活的房间布局， 有效避免肥 柱， 增大使用面积 。因而在住宅建筑 中有着较好 的 应用前景 。 在实际工程 中， 钢管混凝土受压力和弯矩共同 作用的情况并不少见。有关矩、 圆形钢管混凝土偏 压构件的计算方法 已得 到了长足的进步 ， 而对异形 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 7 - 1 3 作者简介 ： 李雪 琛 ( 1 9 8 7一)， 女 ， 陕西 汉中人 ， 硕士 研究 生 ， 研 究方 向： 钢结构 。 基金项 目 ： 国家 自然科 学基金 资助项 目( 5 0 5 7 8 0 0 5 ) E ma i l ： k a t h y d o u d o u 1 6 3 c o r n 钢管混凝土柱研究 ， 目前 主要集中在滞 回性能、 轴压 性能方面 。 。对异形钢管混凝土柱偏 压性能的研 究较少， 仅有徐礼华等对所提出的矩形钢管混凝土 组合焊 接 T形 柱偏 心受 压强 度承 载力进 行 了研 究 和蔡健 、 郑新志等对带约束拉杆 的 L形和 T形 钢管 昆 凝土偏心受压柱进行了研究 。因此 ， 对异 形钢管混凝土的偏压力学性能和承载力计算方法进 行研究是十分必要的。 为了消除普通型 T形钢管混凝土 柱截面上阴 角的不不利影响， 并使得钢板各边的宽厚比更为均 匀 ， 本文对如图 1所示多室式钢管混凝土 T形短柱 进行研究。在初步 了解 了多室式钢管混凝土 T形 构件轴压和纯弯工作性能的基础上 引， 本文采用有 限元 A B A Q U S软件对其短柱 的偏压性能进行了研 究， 分析了各参数对其 一 M M 相关曲线的影 响， 并给出了多室式钢管混凝土 T形偏压短柱极 限 2 0 1 2 N o 3 李雪琛， 等： 多室式钢管混凝土 T形偏压短柱性能分析 1 9 承载力的实用计算方法。 _ C _ a 一 1 f 一 图 1 多室式钢管混凝土 T形柱 截面 Fi g 1 M u l ti e e H T- s e c t i o n 1 有 限元分析模 型 1 1 轴压有限元模型建立 为了进行多室式混凝 土 T形短柱 的偏 压性能 分析， 本文首先参考文献 7 中的轴压试验数据， 分 别建立 A， B两类有限元模型 ， 分析 自由端受轴向压 力作用的多室式钢管混凝土 T形短柱 ， 以此寻求与 实际情况更接近的有限元偏压模型。两类模型试件 截面尺寸见表 1 ， 试件的 L D= 3 ， 己为试件 的长度 ， D为截面外轮廓最大边长， 试件均为短柱。钢材弹 性模量取为 2 0 61 0 M P a ， 泊松 比取 为 0 3 。混凝 土的弹性模量取为 4 7 3 0 MP a ， 初始泊松 比取为 0 2 ， 描述其塑性性能的流动势偏心率取为0 1 ， 双 轴等压强度与单轴强度之 比取 为 1 1 6 ， 拉、 压子午 线第二应力不变量 比值取为 0 6 6 7 ， 膨胀角取 为 4 0。 。 在 A B A Q U S 建立模型时， 其中钢材的应力 一 应 变关系采用五段式模型L l 引， 混凝土采用塑性损伤模 型， 考虑到 T形截面被分割成三个矩形分室， 其应 力 一 应变关系采用文献 7 所建议的适用于多室式 钢管混凝土T 形柱的本构关系表达式。 表 1 轴压试件参数及承载力 Ta b l e 1 Pa r a me t e r s a n d b e a n g c a p a c i ti e s o f s p e c i m e n s 注 为实测的舒 I 材屈服强度 J c k 为实测的混凝土抗压强度 ； 为试件承载力实测值。 A类模型核心混凝土与钢管均采用 8 节点缩减 积分格式的三维实体单元 C 3 D 8 R模拟多室式 T形 柱 ， 有限元模型如 图 2所示。为了防止加载端头产 生局部应力过大现象和方便施加荷载 ， 在加 载端设 置了尺寸为 2 0 0 m m 2 0 0 mm， 厚度为 6 mm的刚性 加载板 ， 材料的弹性模量取 为 11 0 “MP a ， 泊松 比 取为 11 0 。柱端面与加载板之间采用绑定 ( t i e ) 约束， 钢管和 昆 凝土界面模型由切向滑移和法向接 触两部分组成 ， 沿接触面切 向采用库仑摩擦及小滑 移， 剪切滑移系数取为 0 2 5 D I ； 沿接触面法向取为 硬接触， 允许材料分离但不允许互相穿透， 能较好地 模拟真实的界面性能。约束柱底面加载板纵向位移 及两个水平轴 的位移 ， 在柱顶 面盖板上采用位移加 载的方式进行加载。 与 A类有限元模型相类似建立 B类有 限元模 型 ， 其材料性能与相关参数设置与 A类有限元模型 相同， 钢材的应力 一 应变关系仍然采用五段式模型， 混凝土采用塑性损伤模型， 核心混凝土采用 8节点 缩减积分格式的三维实体单元 C 3 D 8 R 。为了更好 地反映核心混凝土与钢管间的相互作用， 更好地模 拟破坏过程及破坏形态， 钢管采用 8节点减缩积分 格式的线性壳单元 S C 8 R ， 沿壳单元的厚度方向采用 5个节点的 S i m p s o n积分 ， 以满足计算精度 的要求。 有限元模型与图 2相类似 。 。 - - q - i 3 翟 ： 图2 多室式钢管混凝土 T形短柱轴压有限元模型 Fi g 2 Th e fi n i t e e l e m e n t m o d e l 1 2 轴压应力分析 在位移加载情况下， 多室式钢管混凝土 T形短 柱轴压破坏时的应力分布与破坏模态分别如 图 3 ， 4 所示。 图3 T形短柱轴压极限状态应力分布 Fig 3 Th e a x i a l c o mp r e s s i v e s t r e s s a t u l t i ma t e s t a t e O f T- s h a p e d s h o r t c o l u mn 2 0 四川建筑科学研究 - 第 3 8卷 图 4 T形短柱破坏模态示意 F i g 4 T he f a i l ur e m o d e s o f T- s h a p e d s h o r t c o l u m n 从图 3可以看出 ， 理想无缺陷的多室式钢管混 凝土 T形柱在轴心受压达到极 限状态时， 整个柱基 本呈现腰鼓状 ， 试件破坏时钢管表面 出现若干局部 凸曲。当该柱受轴心压力作用 时， 跨 中截面角点附 近的板总压应力较大 ， 腹板部分远离翼缘侧应力较 小。极限状态时 ， 靠近翼缘各个角点 的钢管应力值 纵 向平均应变门0 0 0 p c ( a ) 试 件 Z - l 较大， 靠近形心轴的腹板部分钢管应力偏小。剖开 T形短柱的横截面可清楚看到钢管混凝土柱的整体 破坏模态如图4所示。 在对多室式钢管混凝土 T形柱模 型受 轴压过 程 中核心混凝土的横向、 竖向变形进行分析时发现 ， 在弹性阶段 ， 核心混凝土的泊松比不变， 随着荷载的 增加 ， 进入弹塑性阶段后 ， 其泊松 比逐渐增大 ， 并且 变化速率有逐渐增 大的趋势。说 明 A B A Q U S有 限 元软件计算时， 在一定程度上考虑了核心混凝 土泊 松比的变化。 1 3 轴压荷载 一位移曲线对比 在进行上述有限元分析后 ， 可得多室式钢管混 凝土 T形短柱 的轴向压力 一纵 向平均应变全过程 曲线。将各个试件 A， B两类模型计算得出的轴向 压力 一 纵向平均应变 曲线与试验结果进行对 比， 如 图 5所示 。 纵 向平均应 1 0 0 0 p a ( b ) 试 件Z- 2 纵向平均应 1 0 0 0 p a ( c ) 试件Z一 3 图 5 计算 结果 与试验结果对 比 F i g 5 Co mp a r i s o n s b e t we e n c a l c u l a t e d r e s ult s a n d e x p e r i me n t a l r esults 由图5可见， A， B两种模型计算曲线在峰值荷 立钢管混凝土有限元分析模型时钢管采用壳单元。 载之前均与试验结果符合良好， 在峰值荷载之后计 1 4 偏压有限元模型建立 算结果偏低， 说明三维有限元分析中， 在引入统一的 在轴压有限元模型基础上， 建立多室式 T形钢 混凝土应力 一 应变本构关系模型时存在一定误差。 管混凝土偏压短柱的有限元模型， 截面尺寸参见表 相比之下， 钢管采用壳单元时结果能更好吻合下降 2 。荷载作用在试件截面对称轴上， 使截面绕非对称 段曲线 ， 能较好地适用于多室式 钢管混凝土 T形柱 轴偏压 ， 材料性能与相关参数设置与轴压有 限元模 的全过程分析。与此同时， 在分析过程中采用减缩 型相同， 为了更好地模拟破坏过程及破坏形态， 根据 积分壳单元能够在花费更少 的计算机时的情况下提 上文所作模型对 比， 核心混凝土采用三维实体单元 供与同次实体单元近似的精度。 综上所述 ， 建议在建 C 3 D 8 R， 钢管采用线性壳单元 S C 8 R 。 表2 偏压试件参数 Ta b l e 2 Pa r a me t e r s o f e c c e n t r i c c o m p r e s s i o n s p e c i me n s 2 0 1 2 N o 3 李雪琛， 等： 多室式钢管混凝土 T形偏压短柱性能分析 2 1 柱端面与加载板之间仍采用绑定约束 ， 考虑试 件的初始缺陷影响， 即在模型初始状态 中加人最大 值为 L I O 0 0的正弦半波初弯曲。有限元模 型与图 2相类似。 2 结果分析 2 1 应力分析 按上述描述进行有限元分析后 ， 可得到多室式 钢管混凝土 T形偏压短柱 的应力分布 ， 现 以试件 L I为例 ， 在偏心距为 1 0 m m且截面最 大受压纤维 位于翼缘侧时 ， 当荷载接近极限荷载时其应力分布 如图6所示。有限元模型 的破坏过程演示表明， 对 于多室式钢管混凝 土 T形偏压短柱 ， 其破坏形态与 轴压情况下有很大不 同， 构件在一开始就发生侧 向 挠曲， 截面上应力分布不均匀。钢管混凝 土短柱整 体表现出较好的塑性 和稳定性 ， 钢管无明显 的局部 屈曲现象， 破坏时表现为钢管向外鼓曲的破坏形态， 呈现出强度破坏 的特征 ， 试件在达到极限承载力前 全截面发展塑性 。 图 6 T形短柱偏压极 限状态应力分布 Fi g 6 The e c c e n t c c o mpr e s s i v e s t r e s s a t u l fi ma t es t a t e o f T- s h a p e d s h o r t c o l u mn 2 2 偏压荷载 一变形关系分析 试件 LI不同偏心距下相应偏压荷载 一挠度 曲线如图 7所示。挠度取柱顶截面 ， 其 中 I表示截 面最大受压纤维位于翼缘侧 ， 表示截 面最大受压 纤维位于腹板侧， 偏心距 e 单位为 m m。 由图 7及应力分析结果可以看 出， 荷载 一挠度 曲线有较 明显 的弹性工作 阶段 ， 该阶段过后 ， 截面受 压区不断发展塑性 ， 钢管 和受压区混凝土之 间产生 非均布的相互作用力， 呈现出弹塑性工作特征 。随 着外荷载的继续增大， 截面塑性区继续扩大， 其核心 混凝土开始套箍强化， 钢管和核心混凝土之间出现 应力重分布。到达曲线最高点时， 内外力不再保持 平衡， 构件丧失承载力， 曲线开始下降， 构件的工作 进人破坏阶段 。截面逐渐趋近塑性铰 ， 变形将无限 增长。这时受压钢管纵 向受压而横 向受拉 ， 其屈服 1 2 0 0 1 0 0 0 8 0 0 Z 6 0 0 坦 4 0 0 2 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 挠度 ram 图 7 试件 I 荷载 一挠度 曲线 Fi g 7 E c c e n t c l o a d - d e fl e c ti o n c u r v e s o f s p e c i m e n 1 点低于单向受力屈服点， 受拉区钢管纵向与横向均 受拉， 故屈服点比单向受力屈服点高。受压区混凝 土的抗压强度由于紧箍效应而提高， 而受拉区混凝 土开裂而不参加受力。这表明， 多室式 T形钢管混 凝土柱与其它截面形式的钢管混凝土柱的荷载 一 挠 度曲线类似， 都有弹性段、 弹塑性段及下降段三个阶 段 。工作性能特点也基本一致， 钢管和核心混凝 土 之 间的相互作用 ， 不仅使该偏压构件具有较高的承 载力 ， 而且还具有较好 的延性 。相 比之下 ， 在相同偏 心距时 ， 截面最大受压纤维位于腹板侧 时的极限承 载力低于截面最大受压纤维位于翼缘侧时的极限承 载力。造成这种现象的原因是腹板部分长宽比b a 较大， 钢管对核心混凝土的约束较弱， 承载力相对翼 缘受压时较小。 3 偏压承载力计算 以上偏压荷载 一挠度曲线全过程分析是基于有 限元数值计算的结果 ， 虽然理论上能准确地描述该 T形钢管混凝土偏压柱构件的工作机理和性能， 但 计算过程复杂， 不便实际工程应用， 因此有必要给出 该 T形 钢管混凝土偏压短柱构件强度 承载力 的简 化计算公式。 3 1 不同试件 J 7v 一M M 相关曲线对 比 本文借鉴矩形钢管混凝土柱压弯承载力的经验 公式法 J ， 通过对 I 1 组偏心受压多室式钢管混凝土 T形短柱有限元计算结果 的分析， 建立 了其抗压强 度承载力与抗弯强度承载力 的 一M M 相关 曲线。其中， 为在不同偏心距 e 下构件所能承受 的极限偏心压力 ； 为对应于抗压承载力为 时构 件所能承受的弯矩， 即M= N ； N u 为构件仅受轴心 压力作用时的强度承载力 ； 为构件仅受弯矩作用 时的抗弯承载力 。 有 限元分 析结果表明， 影响多室式钢管混凝土 2 2 四川建筑科学研究 第 3 8 卷 T形偏压短柱力学性能的主要 因素有混凝土和钢材 强度 、 钢板厚度、 含钢率以及截面腹板 、 翼缘外伸尺 寸 ， 并且截面最大受压纤维分别位于翼缘侧 和腹板 侧时曲线形状有所不同。图 8所示表现了混凝土和 M i M ( a )混凝土强度的影响 M 帆 ( d )腹板高度的影响 钢材强度、 钢板厚度 、 含钢率以及截面腹板 、 翼缘外 伸尺寸对该种 T形钢管混凝土柱 N N 一M M 相 关曲线的影响规律。其中 I表示截面最大受压纤维 位于翼缘侧 ， 表示截面最大受压纤维位于腹板侧。 M | M ( b )钢材强度的影响 M i M ( e )翼缘外伸宽度的影响 M 帆 ( c )钢板厚度的影响 M f M ( f )含钢 率 的影响 图 8 不 同因素对试件压弯性能 的影 响 F i g 8 Th e e ffe c t s o f v a r i o u s f a c t o r s 由图 8可见 ， 当截面最大受压纤维位 于翼缘侧 以上变化趋势是因为 ， O L 以及 t 越大意味着钢 时 ， 相关曲线 为外 凸曲线， 在其它条件 相 同的情况 管对钢管混凝土的贡献越大 ， 混凝土的贡献越小 ， 因 下 ， 钢材屈服强 度 、 含 钢率 以及 钢板厚 度 t 越 此钢管混凝土构件的力学性能与钢构件越相 近； 而 大， 相关曲线向外凸的程度越小， 即抗弯承载力提高 越高、 b 以及c 越大， 意味着混凝土的贡献越大， 因 越小； 混凝土强度 越高、 腹板高度 b以及翼缘外 此钢管混凝土构件的力学性能与钢筋混凝土构件越 伸尺寸 c 越大 ， 相关曲线越向外凸 ， 即抗弯承载力提 相近。 高越大。当截面最 大受压纤维位于腹板侧 时， 相关 对 比相 同偏 心距时 ， 荷载分别使 同一试件截面 曲线均近似为直线， 其在各参数改变时变化趋势与 最大受压纤维位于翼缘侧和腹板侧的 一 M M 。 截面最大受压纤维位于翼缘侧时相同。 相关 曲线可得 ， 截面最大受压纤维位于翼缘侧时， 试 李雪琛， 等 ： 多室式钢管混凝土 T形偏压短柱性能分析 2 3 件的抗弯承载力及抗压承载力降低均较小。多室式 T形钢管混凝土中核心混凝土的约束效应与矩形钢 管混凝土柱基本相近 ， 多室式 T形钢管混凝 土构件 截面的长宽比越大， 钢管对核心混凝土的约束作用 就越弱 。由试件 L一9及 试件 Ll 0的 u 一 相关曲线可看出， 当T形截面外轮廓高宽比( 口 +6 ) ( 口+ 2 C ) 小于 l时， 最大受压纤维位于翼缘侧 的 u M M 相关 曲线 已无 明显外 凸， 因此应限 制截面长宽 比 引。 3 2 简化公式回归 引用文献 7 中多室式钢管混凝土 T形短柱轴 压承载力的计算方法， 构件 的轴压强度承载力可 由 3个矩形钢管混凝土部件 的承载力叠加后减掉增设 钢板的承载力得到 ， 即多室式钢管混凝 土 T形构件 轴压强度的承载力为： u=厂 。 A 。 ( 1 ) 厂 sc = cl + 一 南(2 ) sc ：_ sc + ：。 s 一 否 ：。 (2 ) 式 中 为多室式钢管混凝土 T形构件的组合抗压 强度 ； A 为组合截面面积 ； m=( 0+ 2 c ) a为翼缘高 厚比； I 1, =b a为腹板高厚 比； =a t 为反映钢板宽 厚比的参数 分别为小矩形和大矩形部件的 组合抗压强度。 引用文献 8 中多室式钢管混凝土 T形构件抗 弯承载力的计算方法： 帆 =y ( 3 ) 式中， 为抗弯承载力计算系数； 为按最大受压 纤维计算的截面抗弯模量， 当弯矩使构件翼缘受压 时 ， 取 w1 = y ， 当弯矩 使构 件腹 板受 压 时 ， 取 W 1 = ， y ： 。Y ， Y 2 分别为组合截面的形心轴到截 面翼缘边缘和腹板边缘的距离 ； 为组合截面惯性 矩 。 当截面最大受压纤维位于翼缘侧 ， T形截面长 宽外轮廓高宽比大于等于1 且含钢率 0 2 时， 计 算结果表 明 一M M 相关 曲线大致 可分为两 部分， 并用两个数学表达式来描述： 1 ) 当 N Nu 0 5 5时， 可近似采用直线 的函数 形式来描述， 即 +0 6 M =1 ( 4 ) 2 ) 当 Nu 0 5 5时， 可近似采用竖直直 线的 函数形式来描述， 即 ： 1 ( 5 ) 图9给出了按公式( 4 ) ， ( 5 ) 计算的 I。 一 相关曲线与有限元分析数值计算结果的比较， 可 见直线总体位于数值计算点的内侧， 因此， 采用双折 线式相关公式是偏于安全的。 当截面最大受压纤维位于腹板侧时， 计算结果 表明 一 M M 相关曲线近似于直线， 可近似采 用直线的函数形式来描述 ， 即 N M + l ( o) 如图 1 0所示 ， 当取公式 ( 6 ) 所画直线 时， 直线 位于数值计算点的内侧， 说明采用简化直线式相关 公式是偏于安全的。 0 0 4 0 8 1 2 M | M 图9最大受压纤维位 于翼缘侧 u M M 相关公式验证 F i g 9 Fo r mu l a c o n f i r ma t i o n 1 0 0 4 0 8 1 2 M | M 图 1 0 最大受压纤维位于腹板侧 W 一 M M 相关公式验证 F i g 1 0 F o r mu l a c o n fir ma t i o n I1 4 结论 1 ) 两类有限元模型模拟结果与轴压短柱试验 结果符合均较好 ， 说明有限元模型的选取是正确的， 材料的本构关 系适用 于分析多 室式 钢管混凝 土 T 形柱的力学性能。相 比较而言 ， 钢管采用壳单元 的 有限元模型分析结果能更好地吻合试验数据 。 2 ) 与普通矩、 圆形钢管混凝 土偏心受压构件不 同， 在相同偏心距下， 截面最大受压纤维位于翼缘侧 时的极限承载力高于截面最大受压纤维位于腹板侧 时的极限承载力， 其 一 M M 相关曲线的形状 也有很大差别。 ( 下转第 4 l页) 2 0 1 2 N o 3 余琼 ， 等： 钢梁混凝土柱节点中梁贯穿与柱贯穿节点受力性能对比 4 1 在承载力方面明显优于柱贯穿节点。 3 ) 柱贯穿节点与梁贯穿节点相 比， 位移能力减 小 3 8 。节点刚度减小了 2 5 。 4 ) 柱贯穿节点 的滞 回曲线包络线面积小 于梁 贯穿节点包络线面积约 7 0 ， 柱贯穿节点 的耗能系 数 E 和等 效 粘 滞 阻 尼 系 数 都 小 于 梁 贯 穿 节 点 2 6 5 ， 可见柱贯穿节点耗能能力 明显小于梁贯穿 节点 。 5 ) 两种 节点抗 剪机理 的不 同主要在 于梁贯穿 节点有梁腹板和翼缘穿过节点核芯区。钢梁腹板在 节点中主要作用是抗剪 ， 并增加桁架抗剪机理 中桁 架作用 ， 增加节点的抗剪承载力和耗能能力 ； 翼缘在 节点中的主要作用是 与腹板形成框架 ， 对核芯区混 凝土进行约束 ， 增加型钢的刚度和试件的耗能能力。 6 ) 柱贯穿节点当锚栓较多时， 通过每个锚栓传 人节点的力就减小， 锚栓的粘结滑移现象就少， 节点 的耗能性能就好 。 7 ) 梁贯穿节点 的抗震 能力 大于普 通混凝土节 点。柱贯穿节点与普通混凝土节点抗震能力对 比有 待于进一步研究 。 参 考 文 献 ： 李云涛 钢筋混凝 土柱 钢梁梁贯 穿型节 点受 力性能研 究 D ： 武汉： 武汉大学， 2 0 0 7 王哲 夫 钢 梁 一钢 筋混凝 土 柱柱 贯穿 型 节点 受力 性 能研 究 D ： 武汉： 武汉大学， 2 0 0 7 李炜 钢筋混凝土柱 一 钢梁节点低周反复荷载作用下受力 性能的试验研究 D 上海： 同济大学， 2 0 0 5 余琼 ， 陆洲导 受损对碳纤维加固框架节点的影响 J 同济 大学学报 ， 2 0 0 4， 3 2 ( 2 ) ： 7 7 _ 8 1 余琼 ， 吕西林 ， 陆洲导 框架节 点反 复荷载下 的受力 性能研 究 J 同济大学学报， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 2 ) ： 1 3 7 6 1 3 8 1 余琼， 李思明 框架偏心节点反复荷载下 的受力性能研究 J 同济大学学报， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 4 ) ： 4 4 8 _ 4 5 4 毛炜烽 端板螺栓连接钢梁 一 混凝土柱组合结构的开发研究 D ： 长沙： 湖南大学， 2 0 0 5 ( 上接第 2 3页) 3 ) 本文提 出的多室式钢 管混凝 土 T形柱 偏压 强度的计算公式概念明确 ， 计算 比较简洁 ， 与有限元 计算结果吻合 良好 ， 并有一定安全储备 。 参 考 文 献 ： 2 3 4 5 李学平 ， 吕西林 T形 、 L形钢 管混凝 士柱抗 震性 能试验 研究 J 建筑结构学报， 2 0 0 5 ， 2 6 ( 4 ) ： 3 9 - 4 4 杜国锋 ， 徐礼华 ， 等 钢管混凝 土组合 T形短 柱轴压力 学性 能 研究 J 西安建筑科技大学学报 ， 2 0 0 8 ， 4 0 ( 4 ) ： 5 4 9 65 5 蔡健 ， 孙刚 轴压下带约束拉杆 L形钢 管混凝土短柱 的试 验研究 J 土木工 程学 报， 2 0 0 8 ， 4 1 ( 9 ) ： 1 4 20 杜国锋 ， 徐礼华 ， 等 组合 T形截 面钢管混凝 土柱偏 心受压试 验研究 J 建筑结构学报， 2 0 1 0 ， 3 1 ( 7 ) ： 7 7 -7 2 左志亮 ， 蔡健 ， 等 带约束拉 杆 L形钢管混 凝土短 柱的偏压 承载力 J 工程力学 ， 2 0 1 0， 2 7 ( 7 )： 1 6 1 1 6 7 6 郑新志 带约束拉杆 T形钢管混凝土柱偏心受压性能的试验 研究 J 结构工程师， 2 0 1 1 ( 2 7 ) ： 1 4 0 1 4 5 7 刘林林 多室式钢管混凝土 T形柱轴压性能的研究 D 北 京 ： 北京航空航天大学 ， 2 0 1 1 8 严敏杰 多室式钢管混凝土T形构件纯弯力学性能研究 D 北京 ： 北京航空航天大学 ， 2 0 1 1 9 丁发兴 ， 周林超， 等 钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析 J 中国科技论文在线， 2 0 0 9 ， 4 ( 7 ) ： 4 7 2 4 7 9 1 0 韩林海 钢管混凝土结构理论与实践 M 北京： 科学出 版社 ， 2 0 0 7： 6 7 1 1 S u s a n t h a K A S ， G e H B ， U s a m i T C o n fi n e m e e v a l u a t i 0 n 0 f c o n c m t e l l e d b o x s h a p e d s t e e l c d u m n s J s t e e l a n d C o m p o s i t e S t me r e s ， 2 0 0 1 ， 1 ( 3 ) ： 3 1 3 2 8 1 2 周靖 ， 蔡健 T 形钢管混凝土偏压短柱弹塑性承载力分析 J 工业建筑 ， 2 0 0 6， 3 6( 5 ) ： 8 7 - 9 0 1 J 1 J 1 J 1 J 二_