钢管混凝土柱-钢梁外环板节点抗弯承载力计算方法.pdf

第 3 3 卷 第 4期 2 0 1 1年 8月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l ， Ar c h i t e c t u r a l& En v i r o n me n t a l E n g i n e e r i n g V o 1 3 3 N O 4 Au g 2 011 钢管混凝土柱一 钢 梁外环板节点抗弯承载力计算方法 王文达 ， 秦 庚 ， 张鹏鹏 ( 兰州理工大 学 a 甘肃省土木工程防 灾减 灾重点 实验 室； b 土木工程学院 ， 兰州 7 3 0 0 5 0 ) 摘 要 ： 基 于 AB AQUS软 件 建立 了钢 管混凝 土柱一 钢 梁环板 节 点的三 维有 限元 数值 模 型 ， 通过 已有 试验结果与数值计算结果的对 比校验 了有 限元模 型的适用性。基于数值分析结果， 分析 了此类节 点的受力特性， 并利用有限元模型进行 了参数分析， 探讨 了环板 宽度、 柱截 面含钢率、 钢 梁极 限弯 矩、 钢管强度 、 钢梁材料 强度、 混凝土强度 、 柱轴压比、 梁柱线刚度比等参数对此类节点抗弯承裁力 的影 响规 律 。在参 数 分析 的基 础上 建议 了此类 节 点 的抗 弯承 载 力 简化 计 算公 式 ， 简化 计 算 结果 与 有限元计算结果总体上吻合 良好 。 关 键 词 ： 钢 管混凝 土 ； 钢 梁 ； 环 板 节点 ； 数值 模拟 ； 抗 弯承 载 力 中图分 类 号 ： TU3 9 8 文 献标 志码 - A 文 章编 号 ： 1 6 7 4 4 7 6 4 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 2 9 0 6 De s i g n App r o a c h o n Fl e x u r a l Lo a d c a r r y i ng Ca pa c i t y o f S t e e l Be a m t o CF S T Co l u mn J o i n t s wi t h Ex t e r n a l S t i f f e n i n g Ri n g WANG We n d e。 QI N Ge n g ZHANG Pe n g - pe n g。 ( a Ke y La b or a t or y o f Di s as t e r Pr e v e nt i o n a nd M i t i ga t i on i n Ci vi l En gi ne e r i ng of Ga ns u Pr ov i nc e b Co l l e g e o f Ci v i l En gi ne e r i n g， La nz hou Uni ve r s i t y o f Te c hno l o g y， La n z hou 73 00 5 0， P RChi n a) Ab s t r a c t ： A 3 - D f i n i t e e l e me n t mo d e l i s e s t a b l i s h e d b y AB AQUS t o s i mu l a t e t h e b e h a v i o r o f t h e j o i n t s wi t h c o nc r e t e f i l l e d s t e e l t ubul a r ( CFS T ) c ol u m n t o s t e e l be a m u s i n g e x t e r n al s t i f f e n i ng r i ng The l o a d ve r s us d e f o r ma t i o n c u r v e s o f t h i s t y p e o f j o i n t s a r e c o mp a r e d b e t we e n t h e o r e t i c a l a n d e x p e r i me n t a 1 r e s u i t s ， a n d i n g oo d a g r e e me nt Pa r a m e t r i c a na l y s i s i s p e r f o r m e d t o s t u dy t he f l e xu r a l l oa d c a r r y i ng c a pa c i t y o f t he i o i nt The wi dt h o f e x t e r na l s t i f f e ni n g r i ng， t he s t e e l r a t i o o f CFST c o l u m n， t h e ul t i m a t e s t r e n gt h o f s t e e l be a m 。 t he s t r e n gt h o f s t e e l t ub e a nd b e a m ，t he c o nc r e t e s t r e ng t h， t he a x i a l l o a d r a t i o， a nd t he b e a m t o c ol u m n l i ne a r s t i f f ne s s r a t i o a r e c on s i d e r e d a s p a r a me t e r s The s i m p l i f i e d pr a c t i c a l d e s i gn a pp r oa c h i s pr o po s e d b a s e d o n p a r a me t e r a n a l y s i s o f t h e f l e x u r a l l o a d c a r r y i n g c a p a c i t y o f t h e s e j o i n t s Th e pr a c t i c a l c a l c ul a t e d v a l u e s a r e i n g oo d a gr e e me n t wi t h t he FEM r e s ul t s Ke y wo r d s ： c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e ( C FS T) ； s t e e l b e a m ； j o i n t wi t h s t i f f e n i n g r i n g； n u me r i c a 1 s i mu 1 a t i o n； f l e x ur a l l o a d c a r r yi ng c a pa c i t y 钢管 混 凝 土 柱一 钢 梁 外 加 强 环 板 式 节 点 在 多 高 层钢 管混 凝 土框 架 结 构 中应 用 越来 越 广 ， 该 类 节 点 具有传力明确 、 刚度大 、 塑性性 能好 、 承载力高等优 点l 】 。 矩 形钢 管混 凝 土 结 构 技 术 规 程 。 和 钢 管 混凝土结构技术规程 口 中对 于该类节点的设计有 相关条文 ， 但多限于环板尺寸的计算 ， 而对其抗弯承 载力的计算暂没有规定 ， 规程E e l 也仅提 供了带 内隔 板的矩形钢管混凝土柱与钢梁刚性焊接节点抗弯及 抗 剪 承载力 验 算 公式 ， 而 对 于工 程 中广 泛 应 用 的外 环板节点则没有给出相关公式 。国内外研究者对此 类节点的力学性 能 已进行 了相关 的试验及理论 研 究 ， 例如 Th o ma n n等 j 、 S h i n等 、 C h e n g等 引、 L i 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 1 - 0 8 基金项 目： 甘肃省 高校基本科研业务费专项 ( O 9 O 4 z T B 1 4 7 ) 作者简介 ： 王文达 ( 1 9 7 6 一 ) ， 男 ， 博 士 ， 教授 ， 主要从 事钢与混凝土组合结构及钢结构研究 ， ( E ma i i ) w a n g wd l u t c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 O 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 3 卷 等【 、 C h o i 等 、 Wa n g等 、 王 文 达 等 、 陈 娟 等口 、 李成玉等口 等。上述研究主要集 中在环板节 点整体的刚度及抗震性能方面 ， 对节点核心 区的力 学性能及其抗弯及抗剪承载力的研究并不多见 。节 点设计 一般 需满 足“ 强 柱 弱梁 、 节点 更强 ” 的原 则 ， 框 架结 构可 能 出现 的 屈 服机 制 有 梁 端 塑性 铰模 式 、 柱 端塑 性铰模 式 及 节 点核 心 区塑 性 铰 模 式 ， 为 满 足 框 架结构在各种作用下的合理屈服机制和破坏模式， 必须 避免会 造 成 严 重后 果 的节 点 屈 服模 式 ， 节 点 更 应满足“ 强节点强锚固” 的要求 。节点的抗弯及抗剪 承载力计算方法是进行节点承载力验算 的依据 ， 例 如为保证满足“ 强节点” 的设计要求 ， 现行抗震设计 规范 中规 定 了钢筋混 凝 土框架 梁 柱节 点核 心 区的承 载力 验算 方法 。相 比较 而 言 ， 目前 对 钢 管混 凝 土 柱一 钢梁节点的抗弯及抗剪承载力设计计算公式的研究 很少 ， 相关规范 中也没有具体条文 ， 因此难 以准确地 评估节点核 tl , 区 的承载力 ， 也对合理预测钢管混凝 土框 架结 构 的屈 服机制 造成 一定 困难 。 基 于有 限元 软件 A B AQUS建 立 了钢 管混 凝 土 柱一 钢 梁环板 节 点 的三 维有 限元 数值 模 拟模 型 ， 并 用 已有试验结果校验 了理论模型。通过对典型试件 的 受力特性进行分析 ， 探讨 了各主要参数对此类节点 抗 弯承 载力 的影 响 规 律 ， 并 在 数 值 回 归 的 基础 上 建 议了此类节点抗弯承载力的简化计算公式。 1 节点 有限元数值模型 1 1 有 限元模 型 的建立 所 研 究 的 节 点 试 件 中， 钢 梁 及 钢 管 满 足 AB AQus中 的弹 塑 性 材料 本 构 模 型 ， 钢 材 满 足 Vo n Mi s e s 屈服准则和相关流动法则 。其 中低碳软 钢的应力一 应变关系采用二次塑流模型， 高强钢材的 应力一 应 变关 系 采 用 线 性 强 化 模 型 ， 其 应 力一 应 变 关 系表达式可参考文献 1 。 钢 管 中核心 混 凝 土采 用 AB AQUS中 的塑 性 损 伤模型 1 ， 该模型基于非相关流动法则 。其单轴受 压应力一 应变关系采用韩林海等口 给出的相应表达 式如 下 ： f 2X-X。 ( 1 ) 1 雨I _ ( 1 ) I o ( 一 1 ) + 、 式 中： 7 2 一 o ， ， e和 分别 为混凝土受压应 变和应力 ， s 。 和 分别为混凝土受压时峰值应变和 峰值应力 ， 其余 参数含义及表达式可参见文献E l i 。 该模 型 可合 理地 反映 钢管对 核心 混凝 土 的被 动 约束 作用， 已成功应 用于钢管混凝土结构的大量理论模 拟 中 。 混凝土受拉软化性能基于能量破坏 准则 ， 通 过断裂能与应变 的关系表达式实现 ， 其 中混凝土受 拉 峰值应 力为 一0 2 6 ( 1 2 5 ” ) 。 ， 其 中 为 混 凝土圆柱体抗压强度， 单位为 N ram。 。 合理 的单元类型是准确模拟的关键 。建模时钢 管和钢梁采用 四节点完全积分格式 的壳单元 ， 厚度 方 向采用 9点 S i mp s o n积分 以满足一定 的计算精 度 。核心混凝土采用八节点三维实体单元。网格划 分时进行 网格试验对 比， 在保证计算精度要求 的前 提下选择 1 个合理 的网格划分 密度 ， 以寻求计算精 度 和效 率之 间的 合理 匹配 。 钢 管混 凝土 柱建模 时需 考虑 钢 管与 混凝 土 之 问 的相互 作用 ， 建模 时通 过接 触模 型来 实 现 ， 两 者 界 面 法 向定 义为 硬接 触 ， 切 向考 虑粘结 滑移 ， 且切 向力模 拟采用库仑摩擦模型 1 。 边 界条 件 的施 加 应 尽 可 能模 拟 试 验 的 支 座 条 件 ， 故 在钢 管混凝 土柱 底部 的端 板底 面 中线 上 ， 约束 其 3 个方向的平 动 自由度 ， 以模拟柱底部的平面铰 支座边界 。在柱顶端施加 方 向的平 面外平 动约 束， 在梁端约束竖向和平面外方向线位移 ， 放松 方 向的位移 1 。节点典型的有限元模型 网格划分及 边界条 件 如 图 1所示 。 图 1 典型节点有 限元模型及边界条件 加载时 ， 先在柱顶施加轴力 ， 当施加至预定轴力 稳定后 ， 对于柱端加载节点试件 ， 在柱端一侧施加水 平方向的荷载或位移 ； 对于梁端加载试件 ， 在梁端施 加竖向荷载或位移。文 中非线性方程采用 Ne wt o n Ra p h s o n迭代方法求解 ， 以获取其荷载一 位移全过程 曲线 。 1 2 有 限元模 型 的验证 文献 1 4 中进行 了大量 钢管混凝土柱一 钢梁环 板节点试件的算例对 比， 表明有 限元计算结果与有 关研究者完成的环板节点试验值总体吻合 良好， 验 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 期 王 文达 ， 等 ： 钢 管混凝 土柱 钢 梁 外环板 节 点抗 弯承载 力计 算 方法 3 1 证 了本文 有 限元模 型及 材 料模 型等 的正 确性 。图 2 给出了采用本数值模拟模型计算得到的文献 1 o 一 1 2 中部分环板节点试验试件分别在柱端加载和梁 端加载情况下 的数值计算荷 载一 位 移曲线与试验结 果的比较 ， 可见总体上二者吻合 良好。图 2 ( a ) 中试 件 S J 一 2 1 理论计算 曲线的后期没有下 降， 主要原 因 是数 值模 型 中没有 考 虑钢梁 的初 始 缺 陷且 钢材 材 性 为二 次 塑流模 型 ， 因 此 理论 计 算 中钢 材 在 后 期 处 于 强化 阶段 ， 从 而造 成其 后期 承 载力 一直 上 升 ， 而试 验 中加 载后 期 由于钢 梁 会 出现 局部 屈 曲 ， 其 后 期 承 载 力会下降。 m m ( a ) 点柱端荷载一 位移 曲线 d ram ( h ) 节点梁端荷载一 挠度 d n l m ( c ) 节点梁端荷载一 挠 度l l2 】 图 2试验值与有 限元计算值 比较 1 3节点 受 力及破 坏特 性分 析 王文达等_ 1 。 。 进行了方钢管混凝 土柱一 钢梁 环板 式节点的滞回性能试验研究 ， 考察了不同环板宽度 和柱轴压 比的节点试件 的力学性 能和破 坏特点 ， 试 验结果表 明， 该文中节点的最终破坏模式分别为梁 端塑性铰破坏或环板 破坏( 环板尺寸最小 的试件 ) ， 节 点核 心 区并 未 出现 破 坏 ， 可见 该 类 节 点 的节 点 域 的抗 弯及抗 剪 承载 力均 能满 足要求 。 选取文 1 o 3 中 s J 一 2 1和 s J 一 2 3 2试件试验后 的 破 坏模 式进 行 对 比分 析 。图 3所示 的照 片为 试验 结 束 后 剖开节 点 域 钢 管后 混 凝 土 的状 态 ， 可 见 节 点 域 混凝 土并 未 出现 裂缝 ， 节 点 域 昆 凝 土 具 有 足 够 的抗 弯及抗 剪 承载力 。 图 3典型节点的节点域混凝土状态对 比 为进一 步 了解 图 3 所 示节 点试 件在 受 力 全过 程 中节点域混凝土的受力特性 ， 利用前述有 限元模型 分别对这 2个节点试件进行 了数值模拟 ， 并进行 了 微 观受 力特 性 分 析 ， 理 论计 算 得 到 的试 件 达 到 极 限 承 载力 时节 点域 混凝 土应 力状 态也 一并 在 图 3中给 出 。由图 3节点 域 混 凝 土 的 应 力 云 图 可见 ， 核 心 区 混凝土的应力数值较小 ， 小 于其混凝土 的极限抗拉 强 度 ， 故 混 凝土并 未 出现裂缝 和破坏 ， 这 和 试验 现 象 一 致。可见 ， 文献 1 0 中的节点试件在发生破坏时， 核 心 区抗 弯 及抗 剪 承 载 力 满 足要 求 ， 节 点 核 心 区 不 会 出现 破坏 。 2 各 参数对 节点抗弯承载 力的影 响 尽 管文 献 - 1 0 中完 成 的 节点 试 验 表 明 ， 按 照 目 前规范设计的此类节点其核心区并未 出现破坏 ， 但 为 了获取 此类 节 点 的抗 弯 承 载力 ， 应 提 供 其设 计 公 式 以供验 算 。为获 得 环板式 节点 抗 弯承 载力 的计 算 方法 ， 首先需要对影 响节点抗弯承载力的主要 因素 进行参数分析， 获得各 主要参数对节点抗弯承载力 的影 响规律 ， 并进 一 步进行 参数 分 析 ， 最 终 提供 其 设 计 公式 。 首先 对柱 端施 加 水 平 荷 载 的节 点 进 行 研 究 ， 即 选取有侧移框架 的中节点进行分析 ， 且要求其破坏 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 3 卷 模式为梁破坏 ， 即为强柱弱梁节点 。参数分析时， 节 点的极限抗弯承载力暂取节点水平极限荷载 P 对 应 的节 点 弯 矩 ， 而 节 点 的初 始 刚 度 则 参 考 韩 林 海 等 】 暂取节点弯矩一 转角关系曲线 中 0 2 M 所对应 的割 线 刚度 。定义 节点 转角 为节 点屈 服前 后 梁 柱 的 夹角变化 ， 具体确定方法 同文献r 1 。 影响钢管混凝 土柱一 钢梁环板节点弯矩一 转角关 系曲线的因素可能有 ： 环板宽度、 钢梁极限弯矩、 柱 截 面含钢 率 、 钢 管 强 度 、 钢 梁 钢 材 强 度 、 核 心 混 凝 土 强度 、 轴压 比、 梁柱线刚度 比等 。参数分析时选用 的 典型构件基本信息如下 ： 钢管混凝土柱截 面 D( B) 一4 0 0 9 3 mm， 含钢率 a 一0 1 ( 含钢 率定 义为 a A A ， 其 中 A 和 A 分 别为钢管 和核 心混凝土 面积 ) 。Q3 4 5钢材 ， C 6 0混凝 土 ， 柱高 H一3 3 m； 钢 o r a d ( a ) 环板宽度( 6 ) ( d ) 钢管钢材强度 ) 梁采用 Q3 4 5钢 材 ， 截 面 H4 0 02 0 0 81 0 mr i 1 ， 跨度 L一6 6 r n 。轴压 比取 0 4 ( 轴压 比暂定义为 一 N。 N ， N。 为柱顶轴力， N 为柱轴压承载力， 由 D B J 1 3 5 1 - 2 0 0 3 _ 3 确定 ) 。 分 析结 果 表 明 ， 圆 、 方 钢 管 混 凝 土 柱一 环 板 节 点 的弯矩一 转角关系曲线变化规律基本相似 ， 下 面只给 出方钢管混凝土柱一 环板节点的参数分析结果 。 2 1环板 宽度 的影 响 图 4 ( a ) 给 出 了不 同环 板 宽度 b 时 的环 板节 点弯 矩一 转 角 ( M- O ) 关 系 曲线 。分 析 时环板 宽度 从 6 0 mm 到 1 8 0 mm 变 化 。由 图可见 ： 随着 环 板 宽度 增 大 ， 节 点抗弯承载力增大 ， 但当环板宽度增大到一定程度 后抗 弯承 载力 增 加 的 幅度 趋 于 缓 慢 ， 而 初 始 刚 度 总 体上随环板宽度 的增大变化并不显著。 0 r a r l ( b ) 钢粱极限弯矩( ) 0 r a d ( g ) 柱轴I 6 t L ( n ) ( e ) 钢粱钢材强度 ) 60 0 言 4 0 0 壹 邑 2 00 0 0 () 0 2 5 00 5 0 0 7 5 ( ) 0 r a d ( ) 柱截面含刑率( d ) ( I ) 混凝土强度 0 r a d ( h ) 梁柱线刚度 比 图 4 各主要参数对方钢 管混凝土柱一 环板节点弯矩一 转角( 关系的影晌 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 期 王文 达 ， 等 ： 钢 管混 凝土 柱一 钢 梁外环板 节 点抗 弯承 载 力计算 方 法 3 3 2 2钢梁 极 限弯矩 图 4 ( b ) 给 出 了不 同钢梁极 限弯矩 M 时 的节 点 弯矩一 转角( M- O ) 关 系曲线 ， 其 中钢梁极 限弯矩单位 为 k N 1T t 。 由图 可 见 ， 随着 钢 梁 极 限 弯 矩 的增 大 ， 节 点 的承载 力 和初始 刚度 均有 明显 的增 大趋 势 。需 要注意的是 ， 在对钢梁极限弯矩变化中 ， 试件仍满足 “ 强柱 弱梁 ” 要求 。 2 3柱 截 面含 钢 率 图 4 ( c ) 给 出 了 不 同 含 钢 率 时 的 节 点 弯矩一 转 角( M- O ) 关 系曲线 。由图可见 ， 总体上柱截面含钢率 对 节点 的抗 弯 承 载力 和初 始 刚度 有 一 定 影 响 ， 随 着 柱 截面 含钢 率 的增 大 ， 节 点抗 弯 承 载力 和初 始 刚度 相 应增 大 。 2 4钢 管强度 图 4 ( d ) 给出了不 同钢管强度下的节点弯矩一 转 角 ( M- O ) 关 系 曲线 。可 见钢 管 强度 对节 点 弯 矩一 转 角 关 系影 响不 大 ， 随着 钢管 强度 的增 大 ， 节 点抗 弯 承 载 力 和节 点初 始 刚度增 大趋 势不 明显 。钢 管强 度 之所 以对节 点弯 矩 转角 关 系影 响不 大 ， 主要 是 由于该 文 分析的是强柱弱梁 节点 ， 节点的抗 弯承载力 主要是 由钢梁 控制 。 2 5钢 梁 强度 图 4 ( e ) 给 出了钢梁 强度不 同时的节点弯矩一 转 角( M- O ) 关系曲线。可见钢梁强度对节点弯矩一 转角 关 系有显 著影 响 ， 随着 钢梁 强度 的增 大 ， 节 点抗 弯承 载力 有 明显增 大 ， 但对 节点 初始 刚度 影 响不 明显 ， 主 要原 因是钢 梁材 料强 度增 加对 其 刚度并 无影 响 。 2 6混 凝 土强度 图 4 ( f ) 给 出 了 在 不 同混 凝 土 强 度 时 的 节 点 弯 矩一 转 角 ( M- O ) 关 系 曲线 。可见 随着 柱 核心 混凝 土强 度 的提 高对节 点抗 弯 承载 力 和初始 刚 度 的影 响并 不 明显 。 2 7柱 轴压 比 图 4 ( g ) 给 出 了不 同柱 轴 压 比时节 点 弯 矩一 转 角 ( M- O ) 关 系 曲线 ， 分析 时暂 取轴 压 比从 0 4到 0 8变 化 。可见 ， 改 变轴 压 比对 节 点 的 抗 弯 承 载 力 影 响 较 小 ， 但 随着 轴压 比的增 大 ， 节 点承 载 力 的下 降段 出现 的越早 ， 节点延性 下降。节点初始刚度随轴压 比的 增大 变化 也不 明显 。 2 8 梁 柱线 刚度 比 图 4 ( h ) 给 出了不 同梁柱线 刚度 比时 的节点弯 矩一 转角( M- O ) 关 系 曲线 ， 分析 时 梁柱 线 刚度 比从 0 1 5至 0 4变化 。可见随着梁柱线刚度比的增大 ， 节点的抗弯承载力和初始刚度都有明显提高。 3 节点抗弯承载 力计算探讨 通 过上述 的参 数 分 析结 果 可 见 ， 对 于所 研 究 的 有侧移的钢管混凝土柱一 钢梁环板节点 ， 影响其抗弯 承载力的主要 因素有 ： 环板宽度 、 钢梁极 限弯矩 、 柱 截 面含钢 率 、 钢梁 钢材 强度 、 梁柱 线 刚度 比 。根 据 以 上参数分析结果 ， 对节点抗弯承载力 M 进行 回归分 析 ， 可得 到此 类节 点 的抗弯 承载力 计算 公式 如下 ： M_ 一Rf( 6 ) 厂( Mb ) f( f ) f( a ) f ( k) ( 2 ) 式中： R 为 系数 ， 对 于 圆形 柱一 钢梁 节点 为 7 1 2 1 0 一 ， 方 形 柱一 钢 梁 节 点 为 5 3 7 1 0 ， ( b ) 、 f ( M ) 、 f ( f ) 、 _厂 ( a ) 、 f ( k ) 分 别 为 与 环板 宽 度 b 、 钢梁塑性弯矩 M 、 钢梁强度 厂 、 柱截 面含钢率 a 、 梁柱 线 剐度 比 k的关 系表达 式 。 公式 ( 2 ) 中 的各 参 数表达 式 ， 对 于方 钢管 混凝 土 柱一 钢梁 节点 如下 ： 厂 ( 6) 一 b 。 ( 3 - 1 ) f( Mb ) 一0 0 1 M M b u 一5 1 3 Mb 一5 2 7 7 ( 3 2) ( fb ) 一fb + 1 1 7 8 ( 3 - 3 ) f( d ) 一a 一0 8 a一0 5 ( 3 4 ) _厂 ( 尼 ) 一k +0 5 3 ( 3 - 5 ) 对 于圆钢 管混 凝 土柱 钢梁 节点 如下 ： ( 6 ) 一 6 + 1 0 3 0 9 5 ( 4 1 ) f( Mb ) 一M2 ( 4 2 ) ( f b ) 一f b +1 2 ( 4 - 3 ) _厂 ( a ) 一 +0 1 a +0 3 3 2 ( 4 4 ) 厂( 是) 一 忌 。 。 。 。 ( 4 5) 式 ( 2 ) 中 ， M 为节 点 抗 弯 承 载 力 ， k N I T l ； b为 环 板 宽度 ， I T I I T I ； M 为 钢 梁极 限 弯矩 ， k N m； f 为 钢 梁 钢材 的强 度 ， N ram ； 为 柱 截 面含 钢 率 ， k为 梁 柱 线刚度 比。此公 式 适用 于柱 钢管 强度 在 Q2 3 5 Q 4 2 o之 间 、 混 凝 土 强度 等 级 在 c 4 o c 8 o之 间 、 柱 截面 含钢 率在 o 1 o 2之 间 、 钢 梁 极 限 弯矩 在 6 0 0 1 3 0 0 kNm 之 问 、 梁 柱 线 刚 度 比在 O 1 5 0 4 之 间 的圆形 和方 形 钢 管 混 凝 土 柱一 钢 梁 外 加 强 环 板 节 点 。 为验证该文建议公式的准确性 ， 对节点抗弯承 载力的简化计算值与有限元计算值及有关试验结果 进行 了 比 较 ， 部 分 结 果 如 图 5所 示 ， 其 中 MI J 和 M 分别为按本文简化公式 ( 2 ) 计算和有 限元计 算的数值 。为便于和 M 结果 比较 ， 文献E l O 3 中的 节点试验结果也列于图 5中， 其数值列于横轴数值 ( 即 M E M ) 中。可见总体上简化公式和有限元计算 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 3 卷 结果 吻合 良好 ， 且 与试验 结果 也具 有 良好 的一致 性 ， 表 明该文 提 出的节 点抗 弯承 载力 的简 化计 算 公 式有 较好 的精确性 。 图5 节点抗弯承载力的简化计算与有限元计算及试验结果比较 4 结 论 基 于该 文 的研究 ， 有 以下 初步 的结论 ： 1 )AB AQUS软 件 可 较 好 地 模 拟 钢 管 混 凝 土 柱一 钢梁 加强 环板 节点 的力 学性 能 ， 理 论 结 果 与试 验 值 吻合 良好 。 2 )对于该 文 所 研 究 的 环 板 式 节 点 ， 环 板 宽 度 、 钢梁 极 限弯矩 、 柱 截 面 含 钢 率 、 钢 梁 强 度 、 梁 柱 线 刚 度 比是影 响节 点抗 弯承 载力 的 主要 因素 。 3 )通过数值 回归建议了有侧移框架 中的钢管 混凝 土柱一 钢 梁 外 加 强 环 板 节 点 的 抗 弯 承 载 力 简 化 计 算公式 ， 简 化 公式 结 果 与 有 限元 计 算 结果 吻合 良 好 。 参 考 文献 ： 1 韩林海 ， 陶忠 ， 王文达 现代组合结构 和混 合结构一 试 验、 理论 和方法 M 北京 ： 科 学出版社 ， 2 0 0 9 2 C E C S 1 5 9 ： 2 0 0 4 矩形钢管混凝土结构技术 规程 s 北 京 ： 中国计划 出版社 ， 2 0 0 4 3D B J 1 3 - 5 1 2 0 0 3 钢 管混 凝土 结构 技术 规程 s 福 州 ， 2 0 03 4 THOMAN N MI CHE L，L E B E T J E AN P A UI A m e c h a n i c a l mo d e l f o r c o n n e c t i o n s b y a d h e r e n c e f o r s t e e l c o n c r e t e c o mp o s i t e b e a ms J E n g i n e e r i n g S t r uc t u r e s ， 2 00 8， 3 0( 1 )： 16 3 - l 7 3 5S HI N KYUNG J AE， KI M YO UNG - J U， 0H Y0 UNG S UKS e i s m i c b e ha v i our of c o mpos i t e c o nc r e t e f i l l e d t u b e c o l u mn t o b e a m mo me n t c o n n e c t i o n s 厂 J J o u r n a l o f Co n s t r u c t i o n a l S t e e I Re s e a r c h， 2 0 0 8 ， 6 4 ( 1 ) ： 1 1 8 1 2 7 6C HE N G CHI N - T UNG， C HAN CHE N F U， C HUNG LAP LOI Se i s mi c be ha v i or o f s t e e l b e a ms a nd CFT c ol umn mome nt r e s i s t i ng c o nn e c t i ons wi t h f l o or s l a bs J J o u r n a l o f C o n s t r u c t i o n a l S t e e l Re s e a r c h ， 2 0 0 7 ， 6 3 ( 11)： l 47 9 1 49 3 7u X， X I A O Y， wu Y T S e i s mi c b e h a v i o r o f e x t e r i o r c o nn e c t i ons wi t h s t e e l b e a ms b ol t e d t o CFT c ol u mns J J o u r n a l o f C o n s t r u c t i o n a l S t e e l Re s e a r c h ， 2 0 0 9 ， 6 5 ( 7)： l 43 8 1 4 46 r 8 CH( ) I S UN( M0， I E E S E ONG- HUI ，HONG S UNG DUK e t a 1 St r uc t u r a l c a pa c i t i e s of t e ns i o n s i d e f or CFT s q ua r e c ol u mn t O 。 be a m c o nne c t i o ns wi t h c o m b i n e d ， c r o s s d i a p h r a g m J Ad v a n c e s i n S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g ， 2 00 8， 1 1( 2 )： 2 09 2 27 9 WAN G WE N D A，HAN I I N HAI ，uY B RI AN Expe r i me nt a l b e ha vi o r o f s t e e l r e d uc e d be a m s e c t i on ( RB S )t O c o n c r e t e f i l l e d C HS c o l u mn c o n n e c t i o n s E J J o u r n a 1 o f Co n s t r u c t i o n a l S t e e l Re s e a r c h ， 2 0 0 8 ， 6 4( 5 )： 49 3 5 O4 1 0 王 文达 ， 韩林 海 ， 游 经团 方钢 管混凝 土柱 钢梁外 加强 环 节点 滞回性能的实验 研究 J 土木 工程学 报 ， 2 0 0 6 ， 39( 9)： 1 7 25 、 v ANG WE N DA，HAN L I N- HAI ， Y( ) U J I NG- F UAN， Ex pe r i me nt a l s t ud i e s on hy s t e r e t i c be h a vi o r S of s t e e l b e a m t O c o nc r e t e f i l l e d SHS c ol umn c o nne c t i o ns wi t h s t i f f e n i n g r i n g J C h i n a C i v i l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ， 2 00 6， 39 ( 9)： 1 7 - 2 5 1 1 陈娟 ， 王湛 ， 袁继 雄 加强环 式钢管 混凝土柱一 钢 梁 节点 的刚性研究 J 建筑结构学报 ， 2 0 0 4 ， 2 5 ( 4 ) ： 4 3 5 4 CHE N J UAN， NG Z HAN， Y AUN j I - XI ONG Re s e a r c h o n t he s t i f f ne s s of c o nc r e t e f i l l e d s t e e l t u bul a r c ol u mn a n d s t e e l b e a m j o i n t w i t h s t i f f e n i n g r i n g J J o u r n a l o f Bu i l di ng St r u c t ur e s， 20 04， 25( 4)： 43 54 1 2 李成玉 ， 郭耀杰 ， 李美东 钢管混凝土结构外加强环式节 点刚性试验研究 J 工业建筑 ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 9 ) ： 8 1 - 8 3 U CHE N YU GU 0 YA( ) - J I E， L I M E I 一 ) NG Ex p e r i me n t a l r e s e a r c h o n t h e j o i n t s t i f f n e s s o f CF T s t e e l b e a m s p a c e j o i n t w i t h o u t e r c o n c e n t r i c a n n u l a r - s t i f f e r J I n d u s t r i a l Co ns t r u c t i on， 2 00 6， 36( 9 )： 8卜8 3 1 3 L UB L I NE R J ， OI I VE R J ， O I L E R S 0， e t a 1 A p l a s t i c d a ma g e mo d e l f o r c o n c r e t e J I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f S o l i d