方钢管混凝土柱-H形钢梁槽钢栓接节点抗震性能有限元分析.pdf
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1、实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 28 期方钢管混凝土柱-H 形钢梁槽钢栓接节点抗震性能有限元分析赵力恒(内蒙古科技大学 土木工程学院,内蒙古 包头 014010)钢管混凝土结构将混凝土浇筑在钢管内,在一定轴压下钢管对混凝土产生约束进而提高混凝土的强度,改善混凝土脆性。混凝土也能延缓或避免钢管发生屈曲。在工程实践中通常采用钢管混凝土柱和钢梁的结构体系。钢梁-钢管混凝土柱节点是结构体系中的关键部分1-2。早期的钢管混凝土柱-钢梁连接节点主要采用焊接连接或栓焊混合连接的刚性节点。刚性节点转动能力和延性较差,易发生脆性破坏,
2、因此有学者开始探索采用全螺栓节点代替刚性节点。李自林等3对隔板贯通式全螺栓连接节点的抗震性能进行了研究,研究结果表明,整体式隔板耗能能力强,在梁柱线刚度比较小时,适当增加梁高能提高节点的承载力。刘学春等4提出了法兰连接 L 形钢管混凝土柱与 H 型钢梁全螺栓连接节点。结果表明,采用不同连接件的节点均在拼接区外梁截面形成塑性铰,节点均有足够的刚度、承载力和良好的滞回性能。节点滑移后栓杆与孔壁挤压传力能够提高节点承载力。叶全喜等5提出了穿心板式钢管混凝土柱-钢梁栓接节点。研究表明,穿心板式栓接节点具有良好的刚度、延性、滞回性能及耗能能力。邓芃等6通过拟静力试验,研究了方钢管混凝土柱与钢梁内隔板式全
3、螺栓连接节点的抗震性能。全螺栓连接节点与栓焊混合连接节点相比实现了塑性铰外移,试件延性好于栓焊混合节点,节点具备较稳定的耗能能力。王培成等7对 2 种不同构造的隔板贯通式边节点试件进行了拟静力试验,试验结果表明两种连接形式的抗震性能相当。试件的螺栓孔均为大圆孔,滑移荷载较低,极限荷载为滑移荷载的 4 倍左右。说明该种节点在螺栓滑移后仍具有较强的承载能力。本文提出了一种方钢管混凝土柱-H 形钢梁槽钢栓接节点,建立了ABAQUS 有限元数值模型,分析了参数变化对节点抗震性能的影响。作者简介:赵力恒(1997-),男,硕士研究生。研究方向为钢与混凝土组合结构。摘要:提出一种方钢管混凝土柱-H 形钢梁
4、槽钢栓接节点,建立节点的 ABAQUS 有限元模型,对模型进行低周往复加载,分析侧板和槽钢厚度、侧板高度变化对节点抗震性能和转动刚度的影响。对节点的承载力、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线以及节点弯矩-转曲线等参数进行对比分析。结果表明,节点具有良好的承载力和耗能能力,增加侧板和槽钢厚度能使滞回曲线变得更加饱满,节点的承载力、割线刚度均有较大的提升;侧板高度增加对节点抗震性能的影响较小;增加侧板和槽钢厚度能明显提高节点刚度,侧板高度增加对节点刚度的提高较小。关键词:方钢管混凝土柱;栓接节点;抗震性能;节点刚度;有限元分析中图分类号院TU398.9文献标志码院A文章编号院2095-2945渊20
5、23冤28-00缘怨-0源Abstract:A kind of channel steel bolted joint between concrete-filled square steel tube column and H-shaped steel beam isproposed,and the ABAQUS finite element model of the joint is established.The low-cycle reciprocating loading of the model iscarried out.The effects of side plate thic
6、kness and channel steel thickness and side plate height on the seismic performance androtational stiffness of the joints are analyzed.The bearing capacity,hysteretic curve,skeleton curve,stiffness degradation curve andmoment-rotation curve of joints are compared and analyzed.The results show that th
7、e joint has good bearing capacity and energydissipation capacity,and the hysteretic curve becomes fuller with the increase of the thickness of side plate and channel steel,andthe bearing capacity and Secant stiffness of the joint are greatly improved.The increase of side plate height has little effe
8、ct onthe seismic performance of joints;increasing the thickness of side plate and channel steel can obviously improve the joint stiffness,while the increase of side plate height has little effect on the joint stiffness.Keywords:concrete-filled square steel tubular columns;bolted joints;seismic perfo
9、rmance;joint stiffness;finite element analysisDOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.28.01559-2023 年 28 期实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application1节点模型及尺寸方钢管混凝土柱-H 形钢梁槽钢栓接节点,预先将侧板和剪切板焊接至钢管柱上。施工现场采用高强螺栓将槽钢、侧板和钢梁连接。其中,侧板与槽钢翼缘螺栓连接,钢梁翼缘与槽钢腹板螺栓连接。通过剪切板采用高强螺栓将钢梁腹板与柱连接。方钢管混凝土柱-H 形钢梁槽钢栓接节点 JDS-BASE 试件,梁截面尺
10、寸为 250 mm伊150 mm伊6 mm伊8 mm,加载点至柱表面处距离为 1 300 mm,钢梁与柱表面有 10 mm 的安装间隙。侧板尺寸为 330 mm伊80 mm伊10 mm。槽钢厚度为 10 mm,翼缘宽度 80 mm,槽钢腹板高180mm,长 230mm。剪切板尺寸为 180mm伊100 mm伊8 mm。侧板与槽钢翼缘,槽钢腹板与钢梁上下翼缘之间均采用 6 个 10.9S/M16 螺栓连接。剪切板与梁腹板连接采用 3 个 10.9S/M16 螺栓,如图 1 所示。图 1JDS-BASE 试件尺寸在 JDS-BASE 试件的基础上变化槽钢和侧板厚度和侧板高度设置JDS-1试件和JD
11、S-2试件,变化参数见表1。表 1试件参数变化2有限元参数设置节点试件有限元模型如图 2 所示。所有网格均选用 C3D8R。螺栓建模忽略螺纹和垫片,简化为哑铃状,5 mm 网格划分。侧板、槽钢和剪切板 10 mm 网格划分。钢管网格尺寸分为加密区和非加密区,其中加密区20 mm 网格划分,非加密区 40 mm。混凝土网格尺寸均为 40 mm。梁上网格划分也分为加密区与分加密区,加密区 15 mm 网格划分,非加密区 40 mm。图 2有限元模型钢材采用 Q235B,钢材本构模型采用两折线的随动强化模型,屈服强度取 235 MPa,极限强度取 420 MPa,弹性模量 Es=2.06伊105MP
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