方钢管混凝土

发布时间: 2022-04-01 10:11:20 浏览：次

摘要：方钢管混凝土-隔板贯通节点是一种新型的刚接节点的形式，具有受力明确，强度高，抗震性能好、延性好的优点。本文综合国内方钢管混凝土-隔板贯通节点研究的相关资料，从隔板贯通式节点的形式，实验研究和理论分析方面对方钢管混凝土-隔板贯通节点的研究进展进行了介绍。最后，指出了方钢管混凝土-隔板贯通节点研究存在的问题和今后的发展趋势。

关键词：钢管混凝土；隔板贯通式；节点；试验研究；理论分析

引言

钢管混凝土结构是一种新型结构体系，它充分发挥了钢管和混凝土两种材料的优点，具有承载力高，塑性和韧性好，施工方便等优点，能够满足大跨度、高耸、重载等结构需要，在工程中应用越来越广泛 [1]。在钢管混凝土结构中，梁柱节点具有在梁与柱两种构件之间传递弯矩和剪力的作用，是设计的关键部位，也是施工的难点。为满足工程需要，不同学者提出了多种钢管混凝土结构梁柱节点连接形式，其中，隔板贯通式节点是《矩形钢管混凝土结构技术规程》（CECS 159： 2004）中推荐的节点形式之一。该种节点域构造较复杂，但与内隔板节点相比，解决了因钢管柱边长较小而造成的内隔板焊接困难问题，避免了梁翼缘与内隔板在柱壁同一处两侧施加熔透焊缝所产生的较大焊接残余应力，节点的延性和抗震性能好[2]。隔板贯通式节点有较多形式，以下将综述近些年方钢管混凝土-隔板贯通节点的研究进展，为该种节点的设计提供参考。

1.方钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通式节点的形式[3]

方钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通式主要有以下几种：

（1）直接焊接型。直接焊接型指梁翼缘与隔板不采用任何过渡方式，直接焊接（如图1所示），该构造形式是我国矩形钢管混凝土规程的推荐形式。它构造简单、施工方便，用钢量小，但梁翼缘与隔板对接焊缝处的应力集中大，对焊接质量要求较高。（2）侧板加强型。侧板加强型是在梁端翼缘两侧分别焊接侧板（如图2所示），以减小梁翼缘焊缝处的应力集中，从而防止脆性破坏的发生。它焊接量大、加工难度高，且存在焊缝交叉，使梁翼缘容易在侧板端部发生撕裂，存在着很大的工程隐患。（3）圆弧倒角型。圆弧倒角型是在钢梁翼缘与隔板的连接处设置圆弧过渡而形成的一种构造（如图3所示）。通过圆弧倒角可有效地降低梁翼缘端部的应力集中，有利于提高节点的延性和抗震耗能能力。（4）倒角放坡型。倒角放坡型是将隔板从两侧做成坡度不大于 1：4 的斜角，并在变截面处设置圆弧过渡（如图4所示）。这种构造形式不仅可以有效地降低连接处的应力集中，而且因为放坡角度小，并不会引起墙板安装困难的问题。（5）圆弧放坡组合式隔板贯通节点。圆弧放坡组合式隔板贯通节点是在节点的上隔板平面处采用倒角放坡的处理方式，在节点的下隔板平面处采用圆弧倒角的处理方式，隔板和梁翼缘以坡口焊缝相连接，梁腹板和钢管柱壁通过连接板以高强螺栓相连接（如图5所示）。隔板尺寸的增大不但不会影响建筑构造的美观性，反而对上部结构的隐蔽、连接处理提供了一定条件，便于螺栓、连接底板的安装。

图1直接焊接型图 2 侧板加强型图 3 圆弧倒角型

图4倒角放坡型图 5圆弧放坡组合式隔板贯通节点

2. 方钢管混凝土-隔板贯通节点的研究

2007-2008年，凡红等[4，5]先后对9个隔板贯通式节点试件进行试验研究，考察了隔板贯通式节点试件在静载和低周反复荷载作用下的受力机理和抗震性能，试验结果表明，各试件实测滞回曲线均比较饱满，没有明显的刚度退化现象，具有较好的耗能性能；该类节点具有受力明确，传力途径清晰的特点；宽厚比的改变对节点承载力的影响不大，但对于节点板剪应变的影响较大；梁端翼缘两侧增加侧板可以减缓隔板与梁相交的角隅处应力集中现象，使塑性铰出现梁上，远离脆弱的梁端焊接区，提高了节点的延性；节点试件设计满足“强柱弱梁，强节点弱构件”的设计原则。2008-2009年，苗纪奎等[6-8]对18个十字形节点试件和4个足尺节点试件分别进行了静力拉伸试验和低周反复荷载试验，研究结果表明：倒角放坡型和圆弧倒角型隔板贯通节点均具有较好的承载力和延性；钢梁翼缘与隔板的连接构造对节点的延性、耗能能力和刚度退化影响较大，倒角放坡型节点比侧板加强型节点具有更好的抗震性能；隔板的厚度、浇筑孔径和钢管的宽厚比对梁端破坏节点的抗震性能影响较小。

2011年，徐桂根等 [9，10]对14个节点试件进行低周反复荷载试验。研究结果表明：节点试件的滞回曲线呈明显的梭形，且非常丰满，耗能能力强；内隔板贯通式节点具有较好的延性和承载力，即使在发生节点破坏的时候，也为延性破坏；焊接残余应力对于钢结构构件在低周反复荷载作用下的受力性能有很大的影响，从而降低节点的延性；混凝土楼板对于节点试件的正向刚度有提高作用，在刚度分析时应考虑混凝土楼板的组合作用。2012年，荣彬等[11]对于方钢管混凝土柱隔板贯通节点，通过静力拉伸试验和非线性有限元模拟，考察隔板贯通节点的承力机制和破坏形式。结果表明：对于静力拉伸荷载作用下的隔板贯通节点，其破坏形式表现为钢梁破坏、焊缝破坏或节点域破坏；钢梁传来的拉伸荷载在节点域内主要依靠方钢管柱壁和隔板传递；方钢管柱壁的塑性区主要集中在柱壁与贯通隔板相交线处附近。2014年，李自林等[12，13]对6个足尺试件进行低周反复荷载试验，研究方钢管混凝土柱与钢梁全螺栓连接隔板贯通节点的抗震性能。结果表明：钢梁偏心试件的破坏形式均为隔板螺栓群中角部螺栓孔受拉开裂，无偏心试件的破坏形式均为隔板受拉断裂；焊接隔板对节点承载力没有影响；该类型节点具有很好的抗震性能，节点承载力高，滞回曲线饱满，延性系数较大，耗能能力强等特点。

3. 结论

本文综合国内方钢管混凝土-隔板贯通节点研究的相关资料，对方钢管混凝土-隔板贯通节点的研究进展进行了充分的介绍，可以得出如下结论：

（1）大部分学者研究了都是隔板贯通节点的静力性能与抗震性能，但还未有人提出像规范中内隔板式节点抗弯承载力、抗剪承载力公式以及其明确的设计方法，因此，还需要开展大量工作，使其可以纳入规程，为设计所用。

（2）方钢管混凝土-隔板贯通节点是一种较新型的刚接节点的形式，能够充分地改善节点的受力性能和抗震性能，正得到越来越多的研究和应用，目前我国对方钢管混凝土-隔板贯通节点的研究成果整体还较少，还需开展更多的研究。

参考文献

[1]钟善桐，钢管混凝土结构[M]. 第3版. 北京：清华大学出版社， 2003.

[2]中国工程建设标准化协会. CECS159—2004 矩形钢管混凝土结构技术规程[S]. 北京：中国计划出版社，2004.

[3]王亮，方钢管混凝土柱-H钢梁隔板贯通节点力学性能及构造研究（硕士学位论文），天津：天津大学，2009

[4]凡红，徐礼华，杜国锋，方钢管混凝土柱-钢梁节点静力性能试验研究，湖南大学学报，2007，34（9）：11-15

[5]徐礼华，凡红，刘胜兵，邢丹. 方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究与有限元分析[J]. 工程力学，2008， 25（2）： 122―131.

[6]苗纪奎，姜忻良，陈志华，方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸试验. 天津大学学报，2009 ，42 （ 3 ）： 208-213.

[7]苗纪奎，陈志华，姜忻良，方钢管混凝土柱-钢梁节点承载力试验研究，建筑结构学报，2008，29（6）：63-68