方鋼管混凝土柱節(jié)點形式及受力機理分析

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1、第25卷第5期甘肅科技Vol.25No.52009年3月GansuScienceandTechnologyMar.2009方鋼管混凝土柱節(jié)點形式及受力機理分析付敏(廣東博意建筑設計院有限公司,廣東佛山528312)摘要:對方鋼管混凝土柱與鋼梁以及鋼筋混凝土梁連接的4種節(jié)點形式分析了其構(gòu)造形式、受力特點、工程應用等,主要對內(nèi)加強板式節(jié)點進行了受力機理及破壞特點的分析,最后,提出應加強新型節(jié)點形式的設計和試驗研究。關(guān)鍵詞:方鋼管混凝土柱;節(jié)點形式;受力機理中圖分類號:TU392.5[3]鋼管混凝土柱由于其優(yōu)越的受力性能、變形能(1)外加強板式節(jié)點力和良好的經(jīng)濟

2、效益,特別適合于抗震設防的高層、在鋼管混凝土柱四周的梁上下翼緣位置設置水超高層建筑。國內(nèi)常用的鋼管混凝土柱按截面形式平外加強板,與梁上下翼緣焊接,梁腹板與焊接于柱不同,可分為圓鋼管混凝土和方鋼管混凝土兩種。子上的鋼板采用高強螺栓連接,節(jié)點如圖1所示。根據(jù)受力性能分析,方鋼管混凝土與圓鋼管混凝土相比,鋼管對其內(nèi)部混凝土的約束作用相對較弱,但是它具有節(jié)點形式簡單、便于施工、能有效提高構(gòu)件延性等優(yōu)點。為了使方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)得到推廣和應用,國內(nèi)外學者對方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進行了大量的試驗研究,主要集中于對方鋼管混凝土柱的性能和設計方法的研究,但對方鋼管混凝土柱節(jié)點的研

3、究相對較少。為此,將對目前國內(nèi)外所研究的方鋼[1]管混凝土柱的節(jié)點形式及設計方法進行介紹。1方鋼管混凝土柱節(jié)點形式及特點節(jié)點是結(jié)構(gòu)最薄弱的環(huán)節(jié)之一,是確定結(jié)構(gòu)計算模型的關(guān)鍵,節(jié)點是否合理不僅直接關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)整體的可靠性,還對結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量、工程進度以及整個工程的造價都有直接的影響。方鋼管混凝土柱與梁的連接形式分為鋼管混凝土柱與鋼梁連接和鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁連接兩種形式。方圖1外加強板式節(jié)點鋼管混凝土柱與鋼梁節(jié)點在工程實踐中應用較為廣此類節(jié)點不受鋼管邊長大小的限制,但需要足泛,其主要形式有外加強板式、內(nèi)加強板式、貫穿加夠大的水平外加強板以保證節(jié)點的強

4、度,用鋼量比強板式等。而方鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連內(nèi)加強板大。外加強板式節(jié)點處外觀不夠簡潔,使接形式及相應研究則很少,文獻[2]研制了一種新型得室內(nèi)裝修有難度。[4]外置式環(huán)梁節(jié)點用于此類節(jié)點連接。下面將分別介(2)內(nèi)加強板式節(jié)點紹各節(jié)點形式的特點:工字形梁上下翼緣與柱子的連接采用坡口對接1.1方鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點焊縫連接,腹板與焊接于柱子上的豎向鋼板采用高與圓鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點相比,方鋼管混強螺栓進行連接。在方鋼管混凝土框架柱內(nèi)部,與凝土柱-鋼梁節(jié)點傳力機理更為明確,構(gòu)造形式較梁上下翼緣對應位置設置兩塊內(nèi)隔板,沿框架平面為簡單,而且更適合用

5、于住宅建筑中?，F(xiàn)介紹四種方向與柱子坡口對焊,節(jié)點連接形式如圖2所示。常用節(jié)點的構(gòu)造形式和特點。此類節(jié)點構(gòu)造簡單、傳力明確、節(jié)點剛度較大、98甘肅科技第25卷剛性。還有學者提出了穿心螺栓-加勁端板連接節(jié)點,綴板焊接連接節(jié)點等新型節(jié)點,都旨在改善現(xiàn)有節(jié)點存在的不足,如節(jié)點延性性能較差,焊縫強度得不到保證等缺點。新型節(jié)點的研究對進一步完善各種現(xiàn)有節(jié)點的構(gòu)造形式和受力性能具有重要意義。1.2方鋼管混凝土柱-鋼筋混凝土梁節(jié)點國內(nèi)目前有學者正在研究一種新型外置式環(huán)梁圖2內(nèi)加強板式節(jié)點節(jié)點,用于方鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接。承載力高。而這種節(jié)點當管柱邊長較大時才能

6、采其節(jié)點構(gòu)成為:在鋼管外圍設八角形環(huán)梁,框架用,因為當邊長較小時不僅焊接困難,而且妨礙管內(nèi)梁端縱筋彎折錨入環(huán)梁內(nèi)傳遞彎矩;剪力則通過焊混凝土的澆灌。內(nèi)加強板式節(jié)點需要進行內(nèi)部施于鋼管外壁的水平鋼筋(簡稱肋鋼筋)和環(huán)梁混凝焊,焊接困難,焊縫質(zhì)量不易保證,而且隔板的存在土的局部承壓來傳遞給鋼管壁;肋鋼筋的沖切影響也影響混凝土的澆筑,在實際工程中必須保證節(jié)點主要通過在四壁設垂直拉筋來抵抗,節(jié)點如圖4所的施工質(zhì)量。由于節(jié)點的焊縫較多,脆性增加,從而示。此種節(jié)點具有彎矩傳遞過程較明確的優(yōu)點,其影響了結(jié)構(gòu)塑性的進一步發(fā)展。聯(lián)結(jié)面的破壞形式隨著肋鋼筋沿聯(lián)結(jié)面高度位置的[

7、5-7](3)貫穿加強板式節(jié)點不同而不同,合理的肋鋼筋布置方式使其具有足夠加強板貫穿鋼管壁,與鋼梁翼緣焊接;鋼梁腹板的抗剪承載力。與鋼管壁同樣通過焊接于柱子上的鋼板用高強螺栓連接,節(jié)點如圖3所示。圖3貫穿加強板式節(jié)點與內(nèi)加強板相比,它避免了鋼管壁兩側(cè)同時施圖4外置式環(huán)梁節(jié)點焊而產(chǎn)生的焊接殘余應力。但這種節(jié)點需要將鋼管這種節(jié)點減少了焊接工作量,特別是現(xiàn)場焊接在節(jié)點處斷開,與以上兩種節(jié)點相比構(gòu)造較復雜。的數(shù)量,且鋼筋完全不穿越鋼管,施工簡單;梁、節(jié)點在以上三種節(jié)點基礎上,學者們還提出了多種混凝土整澆,有利于剪力和彎矩的傳遞,且與鋼筋混新型節(jié)點,比如外肋環(huán)板節(jié)點

8、。它是在外加強板節(jié)凝土樓面連接方便。點基礎上,將其另外兩側(cè)的水平外