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方钢管混凝土柱隔板的有限元分析

发布于:2016-06-17 17:52
有限元分析

      方钢管混凝土柱与H型钢梁在框架结构中已得到广泛应用。对于梁U柱连接,内隔板节点和隔板贯通节点是矩形钢管混凝土结构技术规程,推荐的两种主要节点形式。目前,国内外学者对内隔板节点的静动力性能已进行了大量的试验和有限元分析研究,但对隔板贯通节点的研究相对较少,且主要集中在抗震性能方面。因此,仅给出了内隔板节点的抗弯和抗剪承载力计算公式以供设计采用,对隔板贯通节点的抗弯和抗剪承载力计算公式则没有提及。
      在CECS中,内隔板节点抗弯承载力计算公式是依据节点静力拉伸试验的结果推导得出,即假定节点抗弯承载力由节点域的抗拉承载力决定,将节点域的抗拉承载力乘以隔板抗力的中心间距得到节点的抗弯承载力。节点域的抗拉承载力分两部分进行计算,即方钢管柱壁的抗拉承载力和隔板的抗拉承载力,忽略了混凝土对节点抗拉承载力的贡献。依据方钢管柱壁和内隔板的塑性区分布,建立钢管壁和内隔板在拉伸荷载作用下的屈服机制模型,采用虚功原理推导了方钢管和内隔板的抗拉承载力计算公式。
      隔板贯通节点与内隔板节点在构造形式上存在明显的差异:隔板贯通节点在钢梁上、下翼缘位置处设置两块贯穿钢管柱截面的隔板,节点域处的钢管柱断开。因此,隔板贯通节点不属于传统、柱贯通、形式的节点。对于隔板贯通节点,本研究通过静力拉伸试验和非线性有限元分析,考察隔板贯通节点在静力拉伸荷载作用下的破坏形式、承载能力和承力机制,为节点的抗弯承载力研究提供试验结果和有限元分析数据。
      采用正交法设计10个方钢管混凝土柱隔板贯通节点十字形试件,试件类型分为2组:TV(无倒角)组和TR(圆弧倒角)组。各组试件形式如图所示,组共计2个试件,按照推荐的形式设计,钢梁翼缘与贯通隔板通过对接焊缝连接,TR组试件共计8个,是在TV组试件形式的基础上改进设计而成。
      TV组试件中,钢梁翼缘与贯通隔板直角连接,且连接处的对接焊缝距离节点核心区较近,因此该位置的应力集中、焊接应力等不利因素,对节点的受力性能和隔板的钢材材质影响较大,为消除这些不利影响以更好地掌握隔板贯通节点的力学性能,在JA组试件中,采用圆弧倒角的处理方式以减少该位置处应力集中的不利影响,同时实现钢梁与隔板对接焊缝的外移。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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