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大直径钢管混凝土柱-H形钢梁节点设计研究
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范  重   中国建筑设计院有限企业总工程师、全国工程勘察设计大师

大直径钢管混凝土柱—H形钢梁节点的连接构造不仅影响到超高层结构的安全性,同时也影响结构用钢量与经济性。框架梁的内力通过节点传递给钢管混凝土框架柱,H形钢梁上、下翼缘主要传递弯矩,腹板主要传递剪力。根据国外学者多年来对钢管混凝土柱与H形钢梁节点的研究成果,外环节点、内环节点及穿心节点三种形式较为常用。
梁柱节点传力的有效性与柱、梁的相对尺寸有关,对于大直径钢管混凝土柱,梁翼缘的宽度远小于框架柱直径,梁端内力通过钢管柱外壁传给节点环板与柱内混凝土,传力有效性有所减弱。当内环宽度过大时,不仅会影响混凝土浇筑的施工质量,还将引起用钢量明显增加;当内环宽度过小时,可能引起节点承载力与刚度不足,造成安全隐患。
在传统内环板节点的基础上,提出一种适用于大直径钢管混凝土柱的梁柱节点。为了避免内环板宽度过大造成混凝土浇筑困难、用钢量较大的问题,在内环板焊接拉结钢筋,可以显著改善内环板传力的直接性,便于在钢管柱内设置钢筋笼。为避免钢柱表面发生层状撕裂,局部加大梁端翼缘宽度,并通过计算分析合理确定梁端扩翼宽度与扩翼角度。采用非线性有限元App,对节点构造与应力分布、变形性能的关系进行分析。通过对比分析得到梁柱节点的刚域长度,并对刚域长度与框架梁抗弯刚度的关系进行研究。为了验证新型节点设计的合理性,进行钢管混凝土柱-H形钢梁缩尺模型试验。有限元分析与缩尺模型试验结果表明,节点拉结钢筋可以提高内环板传力的直接性,有效减小节点应力,避免内环宽度过大引起的混凝土浇筑困难等问题,抗震性能良好。

原载:《工程建设标准化》2016年第12期,转载请注明出处

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