矩形钢管混凝土柱-钢梁半刚性节点研究综述.pdf

安徽建筑 2 0 1 3年第 1期( 总 1 8 9期 ) 刚性节点研究综述 矩形钢管混凝土柱 一钢梁 ， Re s e a r c h o n S t e e l B e a m Se mi Ri g i d Co n n e c t i o n s o f Re c t a n g u l a r Co n c r e t e Fi l l e d St e e l Tu b e 王瑞 刚 ，于连 齐 ( 山东科技大学土木建筑学院 ， 山东青岛2 6 6 5 9 0) 摘 要 ：文章介绍了目 前矩形钢管混凝土柱 一钢粱半刚性连接节点 的形式，概述 了近年 来国内外关于矩形钢管混凝土柱 一钢梁半刚性连 接节点研究，提 出了矩形钢管混凝土柱 一钢梁半刚性连接研究方向的 一 些看 法和建议。 关键词 ： 矩形钢管混凝土柱； 钢梁； 半刚性连接； 节点 中图分类号 ： T U 5 2 8 5 9 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 1 4 5 0 1 1 概述 钢管混 凝土 c o n c r e t e ri fl e d s t e e l t u b u l a r ， 简 写 C F S T ) 是 指在 钢管中填充混凝土而形成的且钢管及核心混凝土共同受力的 组合构件。 根据截面形状不同， 可划分为圆形 、 方形和矩形钢管 混凝土等形式。 钢管混凝土结构是充分利用钢和混凝土各 自优 点组合而成的一种结构形式， 具有承载力高 、 靼性和韧性好、 施 工方便 、 耐火性能较好和经济效果好等优点， 以其 良好的力学 性能， 成为大跨、 高耸、 重载和承受恶劣条件下的首选建筑形式 之一。 取得了良好的经济效益和社会效益， 是结构工程中一个 重要的课题。 钢管混凝土在未来土建工程中的作用已越来越受 到工程界的重视， 有着广阔的应用前景。 根据受力特点，钢管混凝土梁柱节点连接可主要分为铰 接、 刚接和半刚性连接。 刚接节点是我国在结构没计时， 所采用 的最多的节点形式。 而实际上部分节点为处于刚接和铰接之间 的半刚性节点。 半刚性节点在受力全过程中梁和钢管混凝土柱 轴线的夹角发生改变 ， 即二者之间有相对转角位移 ， 从而可能 引起内力重分布。梁柱半刚性连接的研究可以追溯到 2 0世纪 3 O年代，此后学者们对结构半刚性节点性能和半刚性连接对 结构整体的影响作了大量的研究。 2 矩形钢管混凝土柱 一钢梁半刚性连接的形式 半刚性连接主要通过摩擦型高强螺栓和连接件( 角钢 、 短 T 型钢和端板) 把梁、 柱连接起来， 主要形式有： 螺栓贯通、 不贯通 外伸端板式连接， 以及梁翼缘通过连接件与柱壁连接。钢梁与 方钢管混凝土柱的半刚性连接主要特征是节点在外力作用下， 梁与柱轴线夹角的改变量介于铰接连接和刚接连接之间的连 接， 半刚性节点不仅能够传递剪力， 还能传递部分弯矩。目前矩 形钢管混凝土柱 一钢梁半刚性节点通常包括如下j种类型。 栓焊式端板连接，即焊接端板的钢梁通过栓焊在钢管 柱壁上的高强螺栓与柱连接， 这种节点很容易导致钢管柱壁的 局部屈曲， 而且高强螺栓与柱壁的栓焊： 艺质量要求高， 连接性 能不易保证， 抗弯刚度也不大， 故在工程实际的应用较少。 连接件式连接， 钢梁翼缘通过连接件( 角钢、 T型钢与组 合钢板) 并用高强螺栓与钢管混凝土柱连接， 梁腹板通过焊接在 柱上的竖向钢板用高强螺栓与柱相连。 这三种节点的梁翼缘因 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 2 - 2 4 作者简介 ： 王瑞刚( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 山东德州人 ， 山东科技大学在读硕士， 研 究方向 ： 结构工程。 采用了高强螺栓， 不仅提高了节点的延性和抗震性能， 而且减少 了现场焊接量， 也有利于现场的安装施工， 但是也很容易引起钢 管柱壁的局部屈曲， 在我国应用也少。 贯通螺栓式节点， 即钢梁通过焊接端板或 T型钢 型连 接件也可以用高强螺栓与钢梁连接) ，用贯通柱身的长高强度 螺栓与柱相连 ， 待管内的混凝土达到一定强度后， 对螺栓杆施 加预应力。贯穿长螺栓式节点充分发挥了工厂焊接( 钢梁与连 接件) ， 工地栓接的施工方式， 但工地贯通螺栓的安装 、 螺栓预应 力的施加和控制， 以及钢管混凝土的浇筑 ， 对节点的半刚性性 能有重要影响， 而且现场施工比较复杂。 3 结论和展望 半刚性连接的刚度适中、 延性大， 而试件中的梁、 柱强度都 比较充足。 尤其是柱基本上没有大的破坏。因此， 利用半刚性连 接来代替“ 强柱弱梁 ” 设 汁是有可能的。 近年来对钢结构半刚性连接节点所做的大量研究工作， 取得了很多的成果， 发现半刚性节点具有 良好的耗能性能， 并且 具有制作安装简易等特点， 而且半刚性连接无论是在何种荷载 作用下， 虽然承载能力和刚度都会比刚性连接小， 但是其延性和 耗能性能却比刚性连接好的多。提出的半刚性判别准则， M一0 关系曲线表达式，这些成果能否运用到方钢管混凝土 一 H型钢 梁的半刚性连接节点上有待做进一步的试验与理论研究。 由于半刚性节点的结构所涉及的问题较多，困难较大， 还没有形成一套成熟和完善的设计理沦， 适用于工程实际的计 算方法尚未成熟。 各种不同形式的半刚性节点力学性能不尽相 同， 因此不同节点类型的性能也相差较大； 相同节点在受不同形 式荷载( 对称、 反对称及水平往复力等) 作用及受几个方向力共 同作用下的节点性能也不尽相同， 这也限制了半刚性节点的广 泛应用， 有待于进一步研究与探索。 目前对矩形钢管混凝土柱 一钢梁半刚性节点的研究的 还只是对于某一种节点形式的试验数据的回归分析， 由于节点 的形式不统一， 在零散的试验数据的基础上， 还无法统一计算理 论，而且不同的节点形式广泛的运用到实际还需进一步的研 究 。 目前对圆钢管混凝土柱 一钢梁的半刚性的研究比较多， 也获得了一定的研究成果， 这些成果能否修正以后， 运用到方钢 管混凝土柱 一钢粱的半刚性连接节点中， 这也需要进一步的试 验研究和理论分析。 参考文献 1 钟善桐钢管混凝土结构【 M 】 北京： 清华大学出版社， 2 0 0 3 2 J 王燕 ， 李华军， 厉见芬半刚性梁柱节点连接的初始刚度和结构内 力分析【 J 工程力学 ， 2 0 0 3 ( 6 ) 【 3 】 张慧旭 ， 刘腾爱 半刚性组合节点的研究发展 J 】 盐城工学院学报 ( 自然科学版) ， 2 0 0 3 ( 2 ) 4 】 李贤， 肖岩， 郭玉荣 圆钢管混凝土柱钢梁框架节点型式的介绍【 J 】 建筑钢结构进 展 ， 2 0 0 5 (4 ) 【 5 】 宗周红， 林于东淋 杰 矩形钢管混凝土柱与钢梁半刚性节点的抗震 性能试验研究l J l_ 建筑结构学报， 2 0 0 4 ( 6 ) 结 构 设 计 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 一 量