鋼管混凝土節(jié)點性能研究與優(yōu)化

1、鋼管混凝土節(jié)點性能研究與優(yōu)化李浩國際學院土木133班摘耍：節(jié)點作為連接梁柱的關鍵部位，及其重要。鋼管約束混凝土柱 鋼筋混凝土梁節(jié)點是一種新型的節(jié)點形式，深入研究此類節(jié)點的力學性能 和設計方法具有重要的理論意義和實用價值。木文對影響鋼管約束混凝土 柱鋼筋混凝土梁節(jié)點的剪力變形關系的主要參數(shù)進行了分析，最后，給 岀了一些鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點的構造建議。關鍵詞：鋼 管混凝土；鋼管約束混凝土；節(jié)點；節(jié)點優(yōu)化。1引言1.1鋼管混凝土特點鋼管混凝土是指在鋼管中充填混凝土形成的結(jié)構。按截面形狀不同， 分為圓形鋼管混凝土、方形鋼管混凝土及多邊形鋼管混凝土構件等，目前， 以圓形鋼管混凝土構件的應用最

2、為普遍。鋼管混凝土主要用作受壓構件，其優(yōu)勢在于可以充分發(fā)揮鋼管與混凝 土兩種材料的受力性能?；炷潦盏戒摴艿臋M向約束而處于三向受壓狀態(tài), 具有更高的抗壓強度和變形能力；鋼管壁較薄，在受壓狀態(tài)下容易局部失 穩(wěn)，在其中填實了混凝土后，則顯著增強了鋼管壁的穩(wěn)定性，其承載力的 潛力也得到充分利用。鋼管混凝土結(jié)構以為優(yōu)越的受力性能顯示了廣闊的發(fā)展前景。其優(yōu)點在于：承載力高，重量輕，塑性好，耐疲勞，耐沖擊；可以使用高強混凝 土。三向壓應力避免了核心高強混凝土的脆性破壞；鋼管混凝土截面為軸 對稱，為各個方向上的慣性矩、承載力均相同，因而很適合用于承載地震、 風載等作用方向不確定的結(jié)構；鋼管兼有縱筋和箍筋的雙

3、重作用；制作鋼 管比制作鋼筋骨架要方便的多；鋼管內(nèi)的核心混凝土部分不設鋼筋，澆灌 混凝土方便，鋼管本身就可作為模板，省工省料，并且很適合使用泵送混 凝土；鋼管在施工階段可起支撐作用，從而可以簡化施工安裝工藝，節(jié)省 部分支架，有利于減少工序、縮短工期。鋼管混凝土結(jié)構的不足之處， 主要是梁柱節(jié)點的連接構造和施工比較復雜，耐火性能和耐腐蝕性能不如混凝土結(jié)構，但不比結(jié)構差。1.2鋼管約束混凝土的研究概況最初學者們研究鋼管和核心混凝土之間的粘結(jié)滑移和加載方式對鋼 管混凝土的影響，從而引出了鋼管約束混凝土。學者們對鋼管混凝土在不同 加載方式下進行了研究。加載方式主要包括三種即荷載施加同時在鋼管與 核心混凝

4、土荷載只施加在核心混凝土上荷載僅作用在核心混凝土上，且澆 灌混凝土之前在鋼管內(nèi)表面涂油脂，以使鋼管和核心混凝土之間沒有粘結(jié)。 其中，第二種加載方式中的鋼管混凝土我們就稱之為鋼管約束混凝土。1.3鋼管約束混凝土的研究概況根據(jù)鋼管作用的差異，鋼管混凝土構件又可以分為兩種一是組成鋼管 混凝土的鋼管和混凝土在受荷初期就共同受力二是荷載僅作用在核心混 凝土上，鋼管只起對其核心混凝土的約束作用，即所謂的鋼管約束混凝土柱, 如圖。蔡紹懷和焦占拴(1984),進行了 57個圓鋼管混凝土短柱的軸心受 壓實驗研究，實驗的主要參數(shù)為套箍指標、加載方式和試件高度，加載方式 分為三種、荷載同時作用在鋼管和核心混凝土、荷

5、載僅作用在核心混凝土 上、鋼管高出混凝土，荷載加載鋼管上。實驗結(jié)果表明，加載方式和試件高 度對圓鋼管混凝土短柱極限承載力的影響并不明顯。sakino等（1985） 2進行了 12個圓鋼管混凝土軸心受壓短試件的實 驗研究。進行了三種加載方式的實驗荷載同時作用在鋼管和核心混凝土上 即鋼管混凝土荷載只作用在核心混凝土上，即鋼管約束混凝土荷載僅作用 在核心混凝土上，且澆灌混凝土之前在鋼管內(nèi)表面涂油脂，以使鋼管和核心 混凝土之間沒有粘結(jié)，即無粘結(jié)鋼管混凝土。實驗結(jié)果表明在加荷初期，鋼 管混凝土的軸壓剛度最大，鋼管約束混凝土的居屮，而無粘結(jié)鋼管混凝土最 小。但在加載后期，鋼管混凝土的承載力隨變形增長較慢，

6、而無粘結(jié)鋼管混 凝土的則增長較快,鋼管約束混凝土居中。鋼管混凝土構件的極限承載力最 小，無粘結(jié)鋼管混凝土構件的極限承載力最大。orito等（1987）進行了 3個鋼管混凝土短柱的軸壓實驗和8個圓 鋼管混凝土壓彎構件試驗研究,其中分別采用了以下三種的加載方式鋼管 和核心混凝土同時承受軸向力作用荷載僅作用在核心混凝土上鋼管內(nèi)壁 涂油,鋼管和混凝土之間無粘結(jié)，荷載僅作用在核心混凝土上。研究結(jié)果表明，無粘結(jié)鋼管混凝土抗壓承載力最高， 鋼管混凝土最低初始剛度鋼管混凝土的最高,無粘結(jié)鋼管混凝土最低而鋼 管約束混凝土的抗壓承載力和初始鋼管居中。0'shea和bridge （1997a） 4進

7、行了 22個圓鋼管混凝土軸壓和 17個偏壓構件力學性能的實驗研究,主要參數(shù)混凝土強度，構件截面徑厚比。 研究結(jié)果表明，對于軸壓構件，當混凝土強度較低時鋼管對其核心混凝土有 約束作用當為高強混凝土時，只有在徑厚比較小時才對其核心混凝土有約 束作用。對于偏壓構件，只有當荷載偏心率較小時，鋼管才對其核心混凝土 有約束作用。0'shea和bridge (1997a)進行了 18個圓鋼管混凝土軸壓和 17個偏壓構件力學性能的實驗研究，內(nèi)填圓柱體強度為loompa的混凝土。 主要影響參數(shù)為構件截血的徑厚比。研究結(jié)果表明，對于采用超高強混凝土 的圓鋼管混凝土構件，只有在徑厚比較小時，鋼管才對

8、其核心混凝土有約束 作用。johansson (2000)進行了 13個圓鋼管混凝土短柱和11個長柱的實 驗研究，采用了四種不同加載方式荷載同時作用在鋼管和核心混凝土上荷 載僅作用在核心混凝土上荷載僅作用鋼管上,且在鋼管內(nèi)充填混凝土荷載 作用在空鋼管上。實驗結(jié)果表明對于短柱，第二種加載方式的極限承載力最 大，第一種加載方式的次之，第三種加載方式的較低，第四種加載方式的最低 對于長柱，第一種和第二種加載方式的極限承載力相差不大且最高,第三種 加載方式的次之，第四種加載方式的最低。同時,該文用abaqus軟件對圓 鋼管混凝土力學性能進行了非線性有限元分析，主要考察了鋼管和混凝土 之間粘結(jié)強度，混凝

9、土強度和不同的加荷方式等因素對鋼管混凝土力學性 能的影響。johansson (2002)進行了 15個圓鋼管混凝土短柱的實驗研究，采用了三種不同加載方式荷載同時作用在鋼管和核心混凝土上荷載僅作用在 核心混凝土上荷載作用在空鋼管上。同時提岀一個基于鋼管和核心混凝土 相互作用的力學模型，模型的計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好。fam等(2004)進行了 5個圓形截面的鋼管混凝土軸壓短柱和5個 圓形截面鋼管混凝土壓彎構件的實驗研究。其中軸壓短柱采用單調(diào)加載， 壓彎構件在軸力不變的情況下反復施加加橫向推力,影響參數(shù)包括鋼管和 混凝土之間的粘結(jié)、加載方式和壓彎構件的軸壓比。實驗表明，粘結(jié)情況和 加載方式對鋼

10、管混凝土壓彎構件的強度影響不大，由于在鋼管局部屈曲后 抗彎強度迅速下降，無粘結(jié)鋼管混凝土表現(xiàn)出的延性不如有粘結(jié)鋼管混凝 土，但是無粘結(jié)試件比有粘結(jié)試件具有更高的屈服強度。同時該文也進行了 5個圓鋼管約束混凝土壓彎構件的滯回性能試驗研究,研究結(jié)果表明，圓鋼 管約束混凝土壓彎構件具有良好的抗震性能。peter mcateer等(2004)進行了 4個鋼管約束混凝土試件的實驗研 究,荷載僅作用在核心混凝土上，且澆灌混凝土之前在鋼管內(nèi)表面涂油脂，以 期使鋼管和核心混凝土之間沒有粘結(jié)。由于當前對這類鋼管約束混凝土還沒有形成相關明確的 條文規(guī)定和設計規(guī)程，該文對此進行了兩方面的研究工作：一、系統(tǒng)總結(jié)和 整

11、理了以往的相關研究和數(shù)據(jù),利用現(xiàn)有鋼管混凝土的一些規(guī)程進行了相 應的計算和比較。二、進行了鋼管約朿混凝土鋼管和核心混凝土的相互作 用性能的實驗研究,基于標準化約束應力系數(shù)和混凝土強度提高系數(shù)，提出 了極限承載力和殘余承載力的計算公式。堯國皇和韓林海(2004) 10進行了 12個鋼管約束混凝土壓彎構件在 往復荷載下的滯回性能實驗研究，截面形式分為方形和圓形兩種,軸壓比n=0-0.74o其研究結(jié)果表明,鋼管約束混凝土構件滯回曲線飽滿，沒有明顯的 捏縮現(xiàn)象，抗震性能較好。文獻同時利用鋼管混凝土的相關規(guī)范計算了實驗 試件的承載力與剛度，其結(jié)果表明，實驗的鋼管約朿混凝土極限承載力高于鋼管混凝土相關規(guī)范

12、的計算值,其中,形截面高20%以上，方形截面高10%左右而對于鋼管約束混凝土剛度的計算結(jié)果比較表明，無論是初始階段抗 彎剛度還是使用階段抗彎剛度，的計算結(jié)果都與實驗結(jié)果比較接近。陳志波(2006) 11對于鋼管約束混凝土的軸壓、純彎和壓彎性能進 行了實驗研究，其中軸壓短柱實驗包括12個圓鋼管約束混凝土和8個方鋼 管約束混凝土試件及8個鋼管混凝土對比試件,純彎實驗包括2個圓鋼管約 束混凝土和2個方鋼管約束混凝土試件,壓彎實驗包括8個圓鋼管約束混凝土和8個方鋼管約束混凝土試件及4個鋼管混凝土對比試件。利用abaqus 對圓鋼管約束混凝土和方鋼管約束混凝土軸壓、純彎和壓彎試件進行了系 統(tǒng)的分析。最后

13、在基于參數(shù)分析的基礎上回歸了用于計算鋼管約朿混凝土 的軸壓強度指標。張素梅等(2007) 12進行了 4組12個圓鋼管約束高強混凝土短柱在 單調(diào)軸壓荷載作用下和2組6個圓鋼管約束高強混凝土短柱在循環(huán)荷載作 用下的試驗研究。試驗結(jié)果表明,圓鋼管約束高強混凝土短柱的軸壓承載力 比同條件下的普通鋼管混凝土構件高,但兩種構件的延性相差不大并且隨 鋼管中縱向應力的降低構件的軸壓承載力會提高。在應力分析結(jié)果的基礎 上建立圓鋼管約束混凝土的軸壓承載力公式,公式結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較 好。基于試驗結(jié)果對mander約束混凝土模型進行修正，使模型適合于約束 高強混凝土。劉界鵬等（2008） 13進行了個方鋼管約束

14、高強混凝土短柱試件在循 環(huán)軸壓荷載作用下的試驗研究。試驗結(jié)果表明，當時，方鋼管約束高強混凝 土短柱的軸壓承載力比同條件下的普通方鋼管混凝土構件高而當時，方鋼 管約束高強混凝土短柱的軸壓承載力比同條件下的普通方鋼管混凝土構 件低但兩者延性無顯著差異。對構件的應力分析結(jié)果表明，方鋼管約束高強 混凝土軸壓短柱中，鋼管在峰值荷載點后屈服而鋼管混凝土構件中，鋼管在 峰值荷載點前屈服。方鋼管約束混凝土構件中鋼管對核心混凝土的約束效 果高于普通鋼管混凝土構件。以上研究者對于鋼管約束混凝土的短柱、長柱的軸壓和壓彎力學性能 及滯回性能進行了實驗研究，其研究結(jié)果表明，鋼管約束混凝土軸壓短柱承載力要稍 高于鋼管混凝

15、土,其初始剛度則稍低于鋼管混凝土鋼管約束混凝土長柱的 極限承載力則與鋼管混凝土相差不大。鋼管約朿混凝土的滯回曲線飽滿， 沒冇明顯的捏縮現(xiàn)象，構件具冇良好的延性和耗能能力。1.4鋼管混凝土梁柱連接節(jié)點類型根據(jù)組成鋼管混凝土框架結(jié)構中梁、柱形式的不同，將鋼管混凝土梁柱 節(jié)點分為鋼管混凝土柱鋼梁節(jié)點、鋼管混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點和鋼 管約朿混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點三大類。以下就對三種不同類型的節(jié)點 就其受力特點進行分析歸納。1.4.1鋼管混凝土柱鋼梁連接節(jié)點的研究概述鋼管混凝土柱鋼梁節(jié)點在國內(nèi)外的多高層建筑中廣泛應用，本小節(jié)將對此類節(jié)點進行簡單的論述，在此只介紹幾種典型的鋼管混凝土柱鋼梁節(jié) 點形式。

16、參考鐘善桐1415 (1999, 2003),韓林海和楊有福(2007),韓林海等(2009)鐘善桐和白國良(2005)16等。(1) 外加強環(huán)式節(jié)點外加強環(huán)式剛接節(jié)點是目前研究最成熟、應用最廣泛的一種剛接節(jié)點 類型。這類節(jié)點的工作原理是在鋼梁的上、下翼緣位置設置上、下加強環(huán), 與鋼梁的上、下翼緣采用等強對接焊縫或高強螺栓連接，傳遞梁端彎矩利用 與鋼梁腹板相連的垂直肋板傳遞梁端剪力。(2) 內(nèi)加強環(huán)式節(jié)點內(nèi)加強環(huán)式節(jié)點是在鋼管內(nèi)梁上下翼緣位置設置內(nèi)隔板，與梁相連用 來傳遞彎矩。內(nèi)加強環(huán)多用于鋼管直徑大于或等于的情況，直徑較小時，加 工制作困難，且不利于管內(nèi)混凝土的澆筑。(3) 錨定式鋼管混凝土

17、柱和鋼梁連接時，在正對鋼梁的上、下翼緣位置，在管柱內(nèi)焊接一個形錨板,埋于管內(nèi)的混凝土中，以承受鋼梁翼緣傳來的拉力。(4) 穿心式這種節(jié)點形式是將鋼梁的腹板在鋼管混凝土柱身內(nèi)貫通設置,形成穿心構件。穿心構件與鋼管壁采用對接焊縫，焊縫強度不低于管材的強度。鋼 梁翼緣及環(huán)板與鋼管壁必須采用坡口焊。(5) 十字板剛接節(jié)點這種節(jié)點形式是在鋼管內(nèi)加設十字加勁板，承擔梁端傳來的內(nèi)力，而且 提高了節(jié)點區(qū)的整體剛度和承載力。特點是剛度大，承載力高/旦是用鋼量 比較大，并且管內(nèi)施焊困難，給混凝土的澆筑帶來障礙，并且還會存在因鋼管 壁的局部破壞而降低整體承載力的危險。（7）形外加勁板式此類節(jié)點是在鋼梁的上下翼緣處，

18、焊接形加勁板,形加勁板有水平加勁 肋和豎向加勁肋構成。（8）承重銷式這種節(jié)點與穿心式節(jié)點類似，是用承重銷來傳遞彎矩和剪力。此類節(jié)點 的優(yōu)點是傳力明確、受力安全可靠、塑性性能好缺點是用鋼量相對較大， 且當管徑較小時,承重銷在鋼管內(nèi)的焊接較為困難。（9）螺栓連接式此種連接方式可分為穿芯螺栓連接和單邊螺栓連接，節(jié)點構造為方鋼 管混凝土柱和圓鋼管混凝土柱分別采用平端板和弧形端板,然后用螺栓連 接。優(yōu)點構造簡單，施工方便。1.4.2鋼管混凝土柱一鋼筋混凝土梁連接節(jié)點的研究概述鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁節(jié)點主要在國內(nèi)高層、超高層建筑上應 用較多。本文從實際工程中普遍應用和研究者提出的節(jié)點型式中，選取幾 種

19、典型的節(jié)點型式進行歸納分析。常見的鋼管混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點 有：（1）加強環(huán)節(jié)點與鋼管混凝土柱與鋼梁不同的是:與鋼筋混凝土梁連接時環(huán)板之間的距離為鋼筋混凝土梁的梁高，混凝土梁的縱筋焊接在上下環(huán)板上，且梁的 上下面端部都設有預埋鋼板，以便和上下加強環(huán)板相連。此類節(jié)點的優(yōu)點 是:傳力明確、節(jié)點區(qū)應力分布較均勻、剛度大、塑性性能好、承載力高； 缺點是:外加強環(huán)的尺寸較大，尤其在鋼管混凝土住宅中，由于鋼管混凝土 柱截面較小，但外加強環(huán)式節(jié)點環(huán)板尺寸較大，往往給建筑上的處理帶來 不便。李至鈞和閻善章（1994） 17進行了 5個典型的鋼管混凝土柱梁加強 環(huán)式剛性抗震節(jié)點的實驗研究，其中，2個試件采用

20、鋼梁，3個試件采用 鋼筋混凝土梁。實驗結(jié)果表明，節(jié)點具有很好的抗震性能，能夠保證鋼管 混凝土框架在地震區(qū)推廣應用。同時，提出了加強環(huán)節(jié)點抗震設計要點和 合理的設計建議。吳發(fā)紅等（2001） 18進行了鋼筋混凝土梁鋼筋穿心式和不穿心式兩 種外加強環(huán)中柱節(jié)點、以及穿心式內(nèi)加強環(huán)邊柱節(jié)點實驗研究。實驗結(jié)果 表明，梁中縱筋部分穿過鋼管對節(jié)點的受剪承載力影響不大;梁內(nèi)鋼筋全部 焊接在加強環(huán)上與鋼筋穿過鋼管相比，屈服承載力冇所降低，但節(jié)點耗能 能力卻會有所提高。根據(jù)研究結(jié)果，提出如下建議:節(jié)點區(qū)加載到屈服位移 后，沿鋼加強環(huán)下口處開始出現(xiàn)水平裂縫，主要原因是混凝土和加強環(huán)板 間的粘接強度不夠，故在施工允許

21、的情況下，可在鋼加強環(huán)下設置適量的 栓釘;為了使節(jié)點區(qū)混凝土的密實度得到保證，上加強環(huán)板上混凝土排氣孔 大小宜適當。（2）埋置牛腿或板件式節(jié)點這類節(jié)點是指通過在核心區(qū)的鋼管，或者在鋼筋混凝土梁中埋置工字鋼承重銷或者貫通鋼板來承擔梁端傳來的彎矩和大部分剪力。此類節(jié)點的優(yōu)點是:傳力明確、受力安全可靠、塑性性能好;缺點是:用鋼量相對較大，且當管徑較小時，承 重銷或鋼板在鋼管內(nèi)的焊接較困難。韓小雷等（199919, 2002（20）進行了十字穿心暗牛腿式鋼管混凝土 柱節(jié)點足尺靜載實驗研究。結(jié)果表明試件的破壞始于鋼筋混凝土梁的彎剪 破壞，鋼管混凝土柱和節(jié)點核心區(qū)未遭破壞，滿足了 “強柱弱梁”的抗震 設計

22、要求;對于梁下部縱筋焊在牛腿的內(nèi)側(cè)還是外側(cè)對于節(jié)點的受力性能 基本沒有影響了;對于節(jié)點區(qū)的環(huán)梁，并沒有起到實質(zhì)性的作用，可以考慮 取消。韓小雷等（2005） 21提出了一種帶環(huán)板穿心暗牛腿鋼管混凝土柱節(jié) 點，該節(jié)點的最大優(yōu)點是梁柱節(jié)點處不需要設加強環(huán)，同穿心暗牛腿式節(jié) 點一樣分別利用穿心的翼緣和腹板來承受梁端彎矩和剪力，而在牛腿的上 翼緣焊接環(huán)形鋼板，用于承受焊接在上曲的樓板放射筋傳來的拉力，同時 使鋼管與混凝土樓板之間不產(chǎn)生影響正常使用的裂縫。通過試驗研究，證 明這種節(jié)點具有可靠的受力性能，并提出該節(jié)點的設計方法。王秀麗等（2006） 22對埋置牛腿的十字形方鋼管混凝土柱一鋼筋混 凝土梁連接

23、節(jié)點，采用x形加載方式，進行低周反復荷載下的試驗研究。 研究了了鋼筋和鋼牛腿的應力應變發(fā)展規(guī)律和相應的滯回曲線，在對節(jié)點 破壞機理分析的基礎上，提出了進一步的改進措施，與常規(guī)的連接方式相 比，該種節(jié)點是一種相對簡捷可靠的連接方式。季靜等（2008） 23提出了一種取消環(huán)梁僅帶環(huán)筋的穿心暗牛腿鋼管混凝土柱節(jié)點型式，該類節(jié)點外形與普通鋼筋混凝土梁柱節(jié)點類似，且能 很好地滿足建筑及裝飾設計要求。文中首先通過對中節(jié)點與邊節(jié)點的試驗 研究，驗證了板放射筋和環(huán)筋具有較理想的控制裂縫的能力以及螺紋套筒 連接主筋在往復荷載作用下的實際工作性能滿足抗震設計要求，并分析了 該節(jié)點型式的變形、應變、裂縫開展、破壞形

24、態(tài)及最終承載能力。然后基 于試驗結(jié)果，應用有限元程序?qū)υ嚰M行非線性模擬，進一步分析了此節(jié) 點的受力機理。王清湘等（2008） 24提出了一種新型的圓鋼管混凝土穿心節(jié)點，這 種節(jié)點是用穿心短鋼筋焊接暗牛腿上，適合在工廠加工預制牛腿節(jié)點段, 現(xiàn)場連接，施工方便。進行了4個該種節(jié)點在低周反復荷載作用下的試驗 結(jié)果，用ansys軟件建模進行有限元分析。試驗結(jié)果與有限元計算相對比， 二者吻合良好。（3）鋼筋混凝土環(huán)梁節(jié)點這類節(jié)點是鋼管混凝土柱保持貫通，在柱的外側(cè)設置環(huán)梁用來傳遞梁 端彎矩，鋼筋混凝土框架縱向鋼筋錨固在環(huán)梁內(nèi)。冇的節(jié)點在環(huán)梁中部和 底部的鋼管外表面貼焊一環(huán)形鋼筋，稱為抗剪環(huán)，用來傳遞剪力

25、。此類節(jié) 點的特點是:傳力明確、受力較好，基本滿足強柱弱梁、強剪弱彎及強節(jié)點 等抗震設計原則，但該類節(jié)點施工較為不便。方小丹等（1999） 25對鋼管混凝土柱鋼筋混凝土抗環(huán)梁節(jié)點的性能 進行了實驗研究。研究結(jié)果表明，適當?shù)慕孛嬖O計可使框架梁在環(huán)梁范圍 以外屈服，即使在環(huán)梁內(nèi)屈月艮，節(jié)點仍表現(xiàn)出良好的延性和耗能能力，可達到抗震設計要求。呂西林和李學平（2003） 26進行了三個縱筋配筋量和形式各不相同 的用于方鋼管混凝土結(jié)構的新型外置式環(huán)梁節(jié)點在樓面恒載和側(cè)向低周 反復荷載共同作用下的實驗?？疾炝肆褐M合體的宏觀受力性能，以及不 同配筋形式對環(huán)梁節(jié)點性能的影響，分析了試驗現(xiàn)象及試件中鋼筋應變發(fā)

26、展規(guī)律。周棟梁等（2005） 27jrc環(huán)梁連接的鋼管混凝土柱rc梁框架在豎向 荷載和水平荷載作用下，在環(huán)梁一定高度范圍內(nèi)，環(huán)梁與柱之間會有很窄 的縫隙。通過有限元分析研究了環(huán)梁連接的轉(zhuǎn)角剛度和環(huán)梁區(qū)域框架梁等 效寬度以及它們的影響因素，結(jié)果表明環(huán)梁寬度和框架梁寬度對轉(zhuǎn)角剛度 和等效寬度影響較大?？蚣軆?nèi)力、位移計算以及兩層兩跨框架結(jié)構的靜力 試驗和擬動力試驗表明，環(huán)梁連接的鋼管混凝土柱rc梁框架可以采用梁 柱直接剛性連接的模型進行彈性分析。28傅劍平等（2008）進行了 3個帶抗剪環(huán)的鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點 單調(diào)直剪試驗，對設置抗剪環(huán)環(huán)梁的極限直剪承載能力、環(huán)梁的宏觀受力表現(xiàn)、受力 過程中環(huán)梁相

27、對鋼管的滑移以及環(huán)梁的最終破壞形態(tài)等進行了分析研究。方小丹等（2008） 29根據(jù)以往對環(huán)梁節(jié)點的研究提出了基于試件破 壞面極限平衡的節(jié)點環(huán)梁承載力設計方法。該方法綜合考慮了環(huán)梁環(huán)筋和 箍筋的相互作用及框架梁、環(huán)梁截曲尺寸的影響。利用三維有限元分析了 在框架梁端彎矩作用下環(huán)梁的應力分布，比較了樓板的存在對環(huán)梁環(huán)向、 徑向以及豎向應力的影響，從而考慮樓板對環(huán)梁承載力的有利作用。在此 基礎上進一步提出了節(jié)點環(huán)梁實用的承載力計算公式，由框架梁梁端的配 筋可直接求得環(huán)梁的配筋，極人地簡化了設計計算工作。代紅軍和季韜(2008) 30進行了兩個鋼管混凝土柱鋼筋混凝土環(huán)梁 節(jié)點的靜載和低周反復荷載試驗研究

28、。分析了節(jié)點的破壞形態(tài)、延性和耗 能能力等性能。季韜等(2008) 31介紹了鋼管混凝土柱環(huán)扁梁中節(jié)點和鋼管混凝土 柱環(huán)梁中節(jié)點的制作和試驗過程，并給出了這2個節(jié)點在低周反復荷載作 用下破壞形態(tài)和耗能能力方面的試驗數(shù)據(jù)。試驗結(jié)果顯示，鋼管混凝土柱 環(huán)扁梁中節(jié)點在環(huán)扁梁上形成塑性較，其材料強度得到更充分的利用，能 夠耗散更多的地震能量。最后還給出了計算簡圖以及試驗值與計算值的比 較。代紅軍和季韜(2008) 32進行了鋼管混凝土柱鋼筋混凝土環(huán)扁梁節(jié) 點的靜載和低周反復荷載試驗，分析了節(jié)點的破壞形態(tài)、延性、耗能能力 等性能。試驗結(jié)果表明，鋼管混凝土核心區(qū)未發(fā)生屈服破壞情況;對于靜載, 塑性較產(chǎn)生于

29、扁梁和環(huán)扁梁交界處，對于低周反復荷載，塑性較產(chǎn)生于環(huán) 扁梁上;環(huán)扁梁與鋼管混凝土柱間未發(fā)現(xiàn)明顯滑移現(xiàn)象。(4) 鋼筋貫通式節(jié)點此類節(jié)點在鋼管混凝土結(jié)構中，框架梁為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁時，采用 把梁內(nèi)縱向主筋貫通鋼管柱，以傳遞梁端彎矩，同時可以在鋼管的周邊均勻布設牛 腿以傳遞剪力。它的優(yōu)點是，傳力明確、施工方便快捷、剛度大、塑性性 能好、承載力高;缺點是:節(jié)點構造比較復雜，且可能給混凝土澆灌帶來困 難。陳洪濤等(1999) 33進行了局部開孔的鋼筋貫通式節(jié)點實驗研究。 研究結(jié)果表明，節(jié)點開孔后通過加肋補強，不會影響柱子承載力。試件破 壞形態(tài)主耍為上、下加強環(huán)局部鼓曲破壞。蔡健等(2000) 34進行

30、了穿心鋼筋暗牛腿式鋼管混凝土柱節(jié)點實驗 研究。結(jié)果表明，試件的破壞為鋼筋混凝土梁端彎曲屈服后的剪切破壞, 表明該節(jié)點具有良好的傳力性能，梁端彎矩通過貫通鋼筋可以較好地傳遞 給柱。李幗昌等(2009) 35對鋼筋貫通式鋼管煤研石混凝土節(jié)點在低周往 復荷載作用下的試驗測試，得出梁端的力和位移的滯回曲線、鋼筋的變形 曲線以及節(jié)點區(qū)管壁的變形，分析試件的延性和耗能能力。研究結(jié)果表明, 梁端的力和位移滯回曲線比較飽滿，鋼筋貫通式鋼管煤研石混凝土節(jié)點的 位移延性、耗能能力比較理想，抗震性能良好，符合抗震設計的要求。(5) 鋼筋環(huán)繞變寬度梁節(jié)點dbj13-51-2003( 2003) 36推薦的節(jié)點型式這類

31、節(jié)點可用于鋼筋混凝止梁的寬度與鋼管混凝止柱的直徑相近的情況，是在鋼管混凝上柱上焊 接明牛腿，將梁端局部加寬，使縱向鋼筋連續(xù)繞過鋼管。梁端加寬斜度不 小于1/6。在開始加寬處須增設附加箍筋將縱向箍筋包住。明牛腿分擔大 部分的梁端彎矩和剪力。此類節(jié)點的特點是:鋼筋混凝土梁屬于連續(xù)梁，梁 柱屬較接，梁的支座反力依靠下面的牛腿傳遞，傳力明確，但施工較為復 雜。曲慧等(2006) 37對8個鋼筋環(huán)繞式鋼管混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié) 點在的力學性能進行了實驗研究，主要參數(shù)柱軸壓比和柱截面形式，對該 類節(jié)點的破壞模態(tài)、滯回特性、核心區(qū)剪切變形、鋼筋變形、鋼牛腿變形、 延性和耗能性能等作了主要研究。曲慧和王文達(

32、2010) 38對鋼管混凝土柱外環(huán)板式鋼梁和鋼筋環(huán)繞 式鋼筋混凝土梁連接節(jié)點建立了有限元模型，并對英進行了數(shù)值模擬，理 論計算與試驗結(jié)果吻合良好。基于理論模型，分別對影響此兩類節(jié)點力學 性能的主耍因素進行了系統(tǒng)參數(shù)分析，明晰了各主耍參數(shù)對節(jié)點彎矩梁柱 相對轉(zhuǎn)角關系的影響規(guī)律，在此基礎之上，提出了此兩類節(jié)點的節(jié)點彎矩 轉(zhuǎn)角關系的實用計算模型。(6) 勁性環(huán)梁節(jié)點這種節(jié)點型式主要依靠環(huán)梁傳遞大部分彎矩，依靠預埋的鋼牛腿傳遞 剪力和一部分彎矩，使牛腿稱為剪彎鋼牛腿。顧伯祿等(1998) 39進行了環(huán)梁錨固式鋼管混凝土節(jié)點實驗研究。 結(jié)果表明，這種節(jié)點可實現(xiàn)梁端先出現(xiàn)塑性較，有效的實現(xiàn)強柱弱梁的要 求

33、，可避免梁端鋼筋錨固時對鋼管局部的撕裂破壞，并對節(jié)點核心區(qū)的鋼管及混凝土起到保護作 用。蔡健等(2002) 40對鋼管混凝土中柱勁性環(huán)梁式節(jié)點的設計方法進 行了研究，探討了該節(jié)點的傳力機理和內(nèi)力分配方法，并建議了其節(jié)點區(qū) 各構件的設計方法。蘇恒強等(2006) 41進行了鋼梁不穿心的勁性梁鋼管混凝土柱節(jié)點 的軸壓性能試驗，并對其節(jié)點區(qū)的軸壓承載力、破壞現(xiàn)象進行了討論。分 析結(jié)果表明:我國規(guī)程中規(guī)定公式的值與本次實驗值基本吻合。(7) 單雙梁式節(jié)點黃襄云等(2001) 42對單梁節(jié)點，雙梁節(jié)點以及單雙梁節(jié)點進行了 實驗研究。試驗表明:單梁的受力最為明確，傳力最為可靠，而雙梁節(jié)點和 單雙梁節(jié)點的受

34、力較為復雜。雙梁節(jié)點的延性很好，但剛性性能較差。歐謹?shù)?2001) 43通過鋼管混凝土雙梁節(jié)點的豎向靜力加載試驗研 究，揭示了該節(jié)點的受力機理和破壞形態(tài)，并通過實際工程的現(xiàn)場試驗研 究，驗證了模型試驗的可靠性。證明了雙梁節(jié)點具有構造簡單、受力明確、 施工方便、安全可靠的良好性能。劉志斌和鐘善桐(2001) 44對某工程的雙梁節(jié)點進行了試驗研究。實驗結(jié)果表明雙梁節(jié)點的剛性較差。并針對這一問題，對雙梁節(jié)點的剛性 進行了理論分析。指出冃前工程中采用的雙梁節(jié)點構造不能作為剛性節(jié)點 使用。楊春等(2002) 45針對廣州某超高層建筑中采用的雙梁、單梁、單 雙梁鋼管混凝土節(jié)點，對受力性能及試件破壞過程和形

35、態(tài)作了節(jié)點試驗研 究，分析結(jié)果表明:該種節(jié)點的受力性能可靠性，并提出了些實驗結(jié)論以 供參考。程國亮等(2002) 46采用通用有限元軟件ansys對鋼管混凝土單梁連接節(jié)點進行了非線性有限元分析。分析結(jié)果表明，單梁連接節(jié)點方案有 效的實現(xiàn)了強柱弱梁、強節(jié)點弱桿件的要求。從鋼牛腿的受力情況可以看 出，節(jié)點區(qū)的鋼牛腿將梁端彎矩的一部分穩(wěn)定可靠的傳給了鋼管混凝土柱, 節(jié)點區(qū)外的鋼牛腿受力較小，可考慮適當減小牛腿的長度，并加強水平環(huán) 筋，以增強整個節(jié)點區(qū)的強度、整體性和剛性。梅力彪等(2003) 47采用有限元軟件ansys對不同構造的典型鋼管 混凝土柱與現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁的單梁穿心節(jié)點進行了空間非線性有

36、限元 分析，分析了垂直對稱荷載下采用不同構造的穿心節(jié)點內(nèi)的應力分布情況 和內(nèi)力傳遞機理，根據(jù)分析結(jié)果提出了該類節(jié)點的構造設計建議。1.3.4鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁連接節(jié)點的研究概述鋼管約束混凝土柱一般用于與鋼筋混凝土梁連接的結(jié)構屮，由于鋼管 在節(jié)點核心區(qū)斷開，鋼管并不直接承受豎向荷載，而鋼筋混凝土梁中的縱 筋也可以直接通過節(jié)點而不必斷開，該節(jié)點傳力明確，適用于加固、受力 較大的構件等，其構造形式如圖1.3所示。陳慶軍等(2002, 200248)進行了柱鋼管不直通的鋼管混凝土柱梁 節(jié)點進的實驗研究。該節(jié)點的主耍特點是:柱鋼管在梁柱節(jié)點區(qū)不直通，鋼 管嵌入節(jié)點一定距離，剩余空間可使梁鋼筋在

37、節(jié)點區(qū)直通，節(jié)點區(qū)混凝土 采用梁板的強度等級，由此產(chǎn)生的軸向承載力下降通過采用環(huán)梁加大節(jié)點 區(qū)截面并配置水平鋼筋網(wǎng)或環(huán)形鋼筋來加強和提高。此節(jié)點的連接構造形 式簡單，施工方便。但是由于此次實驗構件不包括混凝上梁部分，只承受 軸向圧力，與實際情況有很大區(qū)別，因此結(jié)果只實用于一般高層建筑的下 部樓層的中柱。梁劍等(2002) 49對柱鋼管非連通式節(jié)點進行了實驗研究，其目的 為考察該節(jié)點形式的軸壓承載力和破壞模式，因此試件只保留節(jié)點區(qū)部分, 不帶上下鋼管混凝土柱。實驗結(jié)果表明，試件的破壞形態(tài)為僅出現(xiàn)貫通縱 向裂縫，出現(xiàn)貫通縱向裂縫與非貫通環(huán)向裂縫，以及縱向與環(huán)向裂縫均貫 通的破壞形態(tài);該節(jié)點具有足夠

38、的強度及延性，環(huán)向鋼筋能夠有效的提高核 心區(qū)混凝土的局部承壓強度，且由于樓層間鋼管不連通，梁鋼筋可以直接 穿過，傳力明確，施工簡便。劉付鈞等(2003) 50進行了兩組共15個試件的軸壓試驗，對節(jié)點區(qū) 柱鋼管不連通式鋼管混凝土柱平板節(jié)點的軸壓性能進行了較為詳盡的研 究。介紹了試驗的概況及主要的試驗結(jié)果，并對影響該節(jié)點軸壓承載力的 因素進行了探討，為該節(jié)點軸壓承載力計算公式的建立提供了基礎數(shù)據(jù)。張學文等(2003) 51對節(jié)點區(qū)柱鋼管不連通式鋼管混凝土柱平板節(jié) 點在軸壓下節(jié)點核心區(qū)的受力特點進行了分析，提出了一條適合于工程應 用的節(jié)點軸壓承載力計算公式，該公式偏于安全地評價了試驗結(jié)果。文中 還對

39、該節(jié)點在工程上應用時的構造措施和施工要點進行了探討，為工程實 踐提供了參考。聶建國等(2004) 52進行了 6個分層鋼管混凝土節(jié)點的軸壓試驗。 分層鋼管混凝土是鋼管在樓層梁上、下兩表面處斷開，節(jié)點核心區(qū)受多重 套箍約束作用，故節(jié)點處截血和柱截血的軸壓性能發(fā)生了變化。通過實驗, 獲得了這種節(jié)點的受力情況，探討了中多重套箍下節(jié)點在軸壓下的力學性 能。王毅紅等(2004) 53提出了一種鋼管混凝土新型節(jié)點，這種節(jié)點在 節(jié)點區(qū)斷開，在節(jié)點區(qū)用環(huán)形鋼箍，縱筋，芯鋼管來保證節(jié)點區(qū)的連續(xù)性。 因為梁與柱混凝土現(xiàn)澆在一起，受力性能良好。進行了三個中柱節(jié)點模型 試驗的研究，分析了實驗現(xiàn)象、破壞機理。王毅紅等(

40、2006(54, 2008(55)又進行了芯鋼管連接的鋼管混凝土半 連通的邊節(jié)點和角節(jié)點的試驗研究。其節(jié)點在有梁的地方外鋼管斷開，無 梁一側(cè)外鋼管斷開，梁中縱筋在節(jié)點直通，梁、柱、節(jié)點的混凝土一次整 澆。使用ansys程序?qū)δＰ驮嚰M行分析，試驗結(jié)果和數(shù)值計算結(jié)果吻合 良好，均證實了新型節(jié)點具有良好的強度和剛度，節(jié)點承載力大于所連接 梁、柱的承載力。試件破壞時，節(jié)點芯鋼管還具有較大的承載潛力。局部 連通的鋼管對節(jié)點混凝土有一定保護作用且有利于施工中上下鋼管的對 中。56王再峰(2006)對鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點的滯回性 能進行了研究。以截面形式(圓形和方形)和軸壓比為參數(shù)，進行了 8

41、個鋼管約朿混 凝土節(jié)點和2個鋼管混凝土柱鋼筋環(huán)繞式節(jié)點對比構件的滯回性能試驗研 究。分析了軸壓比、節(jié)點連接形式和截面形式對于構件承載力、延性、剛 度以及耗能性能的影響規(guī)律及對鋼管約束混凝土節(jié)點幾骨架曲線進行了 影響因素的參數(shù)分析，變化的參數(shù)有:鋼管混凝土柱含鋼率、柱長細比、梁 柱線剛度比、梁柱極限彎矩比和柱軸壓比。確定了各個參數(shù)對節(jié)點pd骨 架曲線的影響規(guī)律。在參數(shù)分析的基礎上，對鋼管約束混凝土梁柱節(jié)點水 平承載力的簡化算法和簡化骨架曲線模型進行了探討。陳慶軍等(2008) 57對節(jié)點區(qū)柱鋼管不全貫通式鋼管混凝土柱梁節(jié) 點進行了 7個試件軸壓試驗及2個試件的偏壓試驗，研究了梁通過處鋼管 開孔及

42、各層間鋼管柱分離兩種型式的柱鋼管不全貫通式節(jié)點的力學性能。 結(jié)果表明:不全貫通式節(jié)點在環(huán)梁和環(huán)向鋼筋約束下具有較高的承載力和 較好的延性;鋼管在梁位開孔與鋼管在節(jié)點區(qū)完全分離的兩種試件具有相 同的節(jié)點區(qū)破壞形態(tài)及相近的力學性能。陳慶軍等(2008) 58對節(jié)點區(qū)柱鋼管不連通式鋼管混凝土柱梁節(jié)點 在軸壓下節(jié)點核心區(qū)的受力特點進行了分析，指出主要的影響因素為混凝 土強度、節(jié)點橫截面面積與鋼管面積的比值、節(jié)點環(huán)筋的數(shù)量、節(jié)點高度。 在局部承壓理論的基礎上，根據(jù)約朿混凝土理論，提出多重箍筋對內(nèi)核混 凝土的約束力逐重疊加的思想，并引入節(jié)點高度影響系數(shù)，建立該種節(jié)點 軸壓承載力計算公式。計算結(jié)果與試驗結(jié)果

43、比較，兩者吻合良好。2數(shù)值模擬與計算2.1鋼管混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點利用abaqus有限元軟件對鋼管混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點進行了數(shù)值模擬分析。圖2.7為對（韓林海等，20092）中鋼管混凝土柱鋼筋混 凝土梁節(jié)點在不同軸壓比下有限元軟件計算結(jié)果和實驗結(jié)果的對比，可見, 本文計算結(jié)果與試驗實驗結(jié)果相比，剛度和承載力均吻合良好。節(jié)點的具體參數(shù)如下：圓形柱節(jié)點的柱截血尺寸為dxt=150 mm x 1.38mm,鋼筋混凝土梁尺寸（寬x高）為bxh=100 mm x 160mm,梁截面配筋上部及下部均為2b10, 梁柱線剛度比為0.328o 方形柱節(jié)點的柱截面尺寸為bxt=150mm x 1.38m

44、m,鋼筋混凝土梁尺寸（寬x高）為bxh=100mmx 170mm,梁截面配筋上部及下部均為2少12,梁柱線 剛度比為0.274。試件中鋼管混凝土柱高度h=l.lssm,鋼筋混凝土梁的跨度l=l.5mo cj和s分別為圓形和方形截面鋼管混凝土柱節(jié)點，rc表 示采用了鋼筋混凝土梁，數(shù)字0, 3, 6分別表示軸壓比為0.05,0.3,0.6是 的情況。試件最后一位數(shù)字1或2是用來當同一軸壓比下有兩個試件時加 以區(qū)分。圖2.7鋼筋環(huán)繞式鋼管混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點數(shù)值模擬2.2鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點利用abaqus有限元軟件對鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點進行了數(shù)值模擬分析。圖2.8為韓林

45、海等（2009） 2中對鋼管約束混凝土柱. 鋼筋混凝土梁節(jié)點計算結(jié)果與試驗結(jié)果的相比曲線，可見，節(jié)點剛度和承載力總體上吻合良好。節(jié)點的具體參數(shù)如下：圓形柱節(jié)點的柱截血尺寸為dxt=150mm x 1.38mm,鋼筋混凝土梁尺 寸（寬x高）為bxh=100mmx 160mm,梁截面配筋上部及下部均為2b10, 梁柱線剛度比為0.328o方形柱節(jié)點的柱截面尺寸為bxt=150mm x1.38mm,鋼筋混凝土梁尺寸（寬x高）為bxh=100mmx 170mm,梁截面配 筋上部及下部均為2.12,梁柱線剛度比為0.274o試件中鋼管混凝土柱高度鋼筋混凝土梁的跨度l=l.5mo stccj代表鋼管約束混

46、凝 土柱節(jié)點，橫線后面的字母表示柱截面形狀，s和c分別代表方形和圓形， 數(shù)字0, 3, 6分別表示軸壓比為0.05, 0.3, 0.6是的情況。參數(shù)相同的兩個試 件分別用1或2加以區(qū)分。圖2.8鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點數(shù)值模擬2.3鋼管約朿混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點的破壞模態(tài)為比較不同受力階段節(jié)點的應力狀態(tài)，分析節(jié)點的工作機理，在圖2.9 的節(jié)點p-關系全過程曲線上，試件破壞的歷程和形態(tài)經(jīng)歷了初裂、通裂、極 限和破壞四個階段，分別選取四個典型時刻對應的特征點進行比較，四個 特征點分別取點為節(jié)點屮鋼筋混凝土梁端出現(xiàn)第一道彎曲直裂縫;2點為 節(jié)點進入屈服的點（梁縱向鋼筋屈服）；3點為節(jié)點水平

47、極限承載力pmax 對應點;4點為對應85%的極限荷載，及破壞荷載pu對應時刻。1、圓截面節(jié)點各組成部分應力發(fā)展（1）圓形截面節(jié)點的裂縫發(fā)展在abaqus中混凝土塑性損傷模型不存在材料積分點上發(fā)展裂縫的概 念，但通過等效塑性應變反應岀來。根據(jù)lubliner等（1989）的建議，假 定裂縫最初發(fā)生在等效塑性拉應變大于零。初始裂縫發(fā)生在鋼筋混凝土左 梁下表面靠近柱子的地方，由于節(jié)點同時受到軸壓力和水平向左的推力, 所以等效塑性拉應變增大，岀現(xiàn)初始裂縫。隨著水平荷載的增加，節(jié)點受 到的推力增加，鋼筋混凝土右梁上表面也開始出現(xiàn)裂縫，隨著荷載的繼續(xù) 增大，節(jié)點區(qū)等效塑性拉應變繼續(xù)發(fā)展，隨著p的增大節(jié)點

48、承載力最終達 到極限，節(jié)點破壞。（2）圓形截面節(jié)點梁、柱鋼筋及鋼管應力發(fā)展圓鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點中鋼筋混凝土梁中鋼筋的變 形發(fā)展，鋼筋隨著梁端混凝土的開裂鋼筋逐漸開始受力，并逐漸增大，到 達2點時，鋼筋開始屈服，隨著荷載的增加，鋼筋受力逐漸增大（3點）, 最終進計入強化階段（4點）。隨著梁中縱向受力鋼筋在2點已經(jīng)開始屈服， 3,4點梁屮縱筋進一步受力，但節(jié)點區(qū)鋼筋卻并未屈服。說明柱和節(jié)點并 未破壞，符合強柱弱梁，節(jié)點更強的設計原則。鋼管約束混凝土柱上鋼管 的應力分布發(fā)展，靠近梁附近的鋼管初始階段受力較大，隨著荷載的增加, 鋼管中部受力增加，到達破壞時，鋼管應力有所減小，這是由于節(jié)點

49、己經(jīng) 破壞，梁端形成了塑性較。由于節(jié)點受到軸壓力和彎矩的共同作用，鋼管 的受壓區(qū)的應力大于受壓區(qū)應力，且鋼管并未屈服。（3）混凝土的縱向變形混凝土柱及柱沿梁上表面的截面的應力分布發(fā)展可知，在1點時，混 凝土柱全截面受壓，截面由沒有水平荷載作用時的全截面受壓逐漸變?yōu)樽?半部分受壓，右半部分受拉。在2點時，隨著水平荷載的逐漸增加，混凝 土柱在鋼管斷開之處逐漸開始受拉，這主要是因為，隨著水平推力的增大，節(jié)點域受剪變形，且受壓區(qū)逐漸增大， 形成斜壓桿，此時截面的受壓區(qū)面積逐漸減小而受拉區(qū)逐漸增大。在3點 時，荷載進一步增加，此時達到極限荷載，應力沿著此趨勢繼續(xù)發(fā)展，混 凝土受拉區(qū)應力繼續(xù)增大，到達4點

50、時，節(jié)點破壞，外荷載達到破壞荷載 pu,由于出現(xiàn)卸載，截面應力冇所減小。（4）節(jié)點區(qū)剪切應力圓鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點在彎矩作用h,節(jié)點核心區(qū)的 混凝土在（1點）在鋼管斷開處沿著對角線方向產(chǎn)生壓應力，隨著荷載的 增加，節(jié)點區(qū)混凝土沿著對角線方向形成斜壓桿（2點），隨著水平荷載 的不斷增加，混凝土斜壓桿范圍擴大（3點）。最后節(jié)點區(qū)混凝土幾乎全 部受壓（4點）。圓鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)節(jié)點，在彎矩和剪力的作用下,由型鋼腹板主要承擔剪力，翼緣也受力，但承擔剪力作用較小。在受荷初 期，型鋼腹板受剪，受剪區(qū)域近似于止方形此時翼緣受拉（1點）。隨著 水平荷載增大，節(jié)點核心區(qū)型鋼腹板剪力開始

51、發(fā)展，受剪區(qū)域增大，逐漸 由節(jié)點區(qū)向柱內(nèi)發(fā)展，柱內(nèi)翼緣一側(cè)受拉，一側(cè)受壓（2點）。隨著荷載繼 續(xù)增大，型鋼腹板抗剪承載力達到最大（3點）。最后隨著節(jié)點的破壞，型 鋼受剪繼續(xù)增大（4點）。2、方形截面節(jié)點各組成部分應力發(fā)展（1）方形截面節(jié)點的裂縫發(fā)展方鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點的應力發(fā)展與圓鋼管約束混 凝上柱鋼筋混凝土節(jié)點相似;在1點時，梁端混凝土形成初裂，隨著水平 荷載的增加，鋼筋逐漸受拉，在2點時，鋼筋開始屈服，梁端等效塑性拉 應變增大，在3點時，混凝土等效塑性拉應變繼續(xù)增加，此時節(jié)點達到極 限荷載，在4點時，裂縫增大，節(jié)點己然破壞。（2）方形截血節(jié)點梁、柱鋼筋及鋼管應力發(fā)展方鋼管約束

52、混凝上柱鋼筋混凝土梁節(jié)點中鋼筋混凝土梁中鋼筋的變 形發(fā)展，與圓鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點類似，鋼筋隨著梁端混 凝土的開裂鋼筋受拉逐漸開始受力，并逐漸增大，鋼筋開始屈服（2點）, 隨著荷載的增加，鋼筋受力逐漸增大（3點），最終進進入強化階段（4點）。 方圓鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點梁中鋼筋的變形發(fā)展，隨著梁中 縱向受力鋼筋在2點己經(jīng)開始屈服，3, 4點梁中縱筋繼續(xù)受拉，但節(jié)點區(qū) 鋼筋卻并未屈服，節(jié)點并未受壓、彎破壞。鋼管約束混凝土柱上鋼管的應 力分布發(fā)展，隨著荷載的增加，鋼管中部受力增加。由于節(jié)點受到軸壓力 和彎矩的共同作用，鋼管的受壓區(qū)的應力大于受壓區(qū)應力。在受力過程中, 鋼管并未

53、達到屈服。（3）節(jié)點區(qū)混凝土變形方鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點受力與圓鋼管約朿混凝土柱 鋼筋混凝土梁節(jié)點類似，其節(jié)點區(qū)混凝土，隨著柱頂水平荷載的增加，由 全截面受壓發(fā)展到一側(cè)受拉，一側(cè)受壓。節(jié)點區(qū)角點逐漸開始受拉，但柱 子里的混凝土還處于受壓階段（1點）。方鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點沿梁上表面隨著水平加載的 增加，梁鋼筋屈服時，應力變化則有些不規(guī)則主要原因是應為節(jié)點區(qū)型鋼 尺寸大，對其受力有影響。由于施加的水平荷載，使節(jié)點核心區(qū)的混凝土 沿對角線形成斜壓桿，隨著水平荷載的增加，混凝土斜壓桿承擔的剪力越 來越大。（4）節(jié)點核心區(qū)剪切應力由節(jié)點區(qū)混凝土剪切應力的分布及發(fā)展可知，方鋼管約束

54、混凝土柱 鋼筋混凝上梁節(jié)點所受剪與圓鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝止梁節(jié)點基本 相似。從節(jié)點區(qū)各構件的應力發(fā)展可以看出在彎矩和剪力的作用下，節(jié)點 混凝土開始受剪（1點），隨著水平荷載的增加，節(jié)點受剪作用增大，節(jié)點 區(qū)混凝土形成斜裂縫，將混凝土分成斜壓桿（2點），水平荷載繼續(xù)增大, 斜壓桿寬度增大（3點），最終由于梁端塑性狡的形成，節(jié)點破壞。在此過 程之中箍筋受力逐漸增大，但箍筋受力不大，原因是型鋼承擔了很大的剪 力。由節(jié)點區(qū)型鋼剪切應力的分布及發(fā)展可知，與圓鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點類似。從節(jié)點區(qū)各構件的應力發(fā)展可以看出，在彎矩和剪力的作用下，節(jié)點型鋼開始受剪，由圖可知型鋼腹板承擔主要的剪力,

55、 翼緣也受力，但承擔剪力作用較?。?點）。隨著水平荷載進一步增加, 節(jié)點核心區(qū)型鋼腹板剪力開始發(fā)展，腹板受剪且作用增大，翼緣受剪也增 大，但翼緣的貢獻很?。?點）。荷載繼續(xù)增大，型鋼腹板抗剪承載力達到 最大（3點）。隨著節(jié)點的破壞，型鋼受剪繼續(xù)增大（4點）。本節(jié)總結(jié)：鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點這種新型的節(jié)點有良好的受力性能，其節(jié)點受力性能類似與型鋼混凝土梁柱節(jié)點。3節(jié)點優(yōu)化建議節(jié)點是梁柱連接的關鍵部位，在框架中起著傳遞、分配內(nèi)力和保證結(jié)構整體性的作用。因而，梁柱節(jié)點核心區(qū)應該具有足夠的承載力、剛度和延性。為保證節(jié)點的質(zhì)量，提出以下建議構造要求：（1）節(jié)點核心區(qū)縱筋、型鋼和箍筋僅在節(jié)點區(qū)設

56、置，上下均需伸入鋼管約束混凝土柱中。建議縱筋、型鋼和箍筋錨入上、下鋼管約朿混凝土 柱中兩倍的梁高。（2）為了施工方便，確定各部分尺寸時，梁縱筋最好能直通核心區(qū)。節(jié)點核心區(qū)型鋼和縱筋的布置也應為梁中縱筋貫穿留出通道。梁中所有鋼 筋應從型鋼翼緣側(cè)邊通過，不應穿過節(jié)點核心區(qū)型鋼翼緣，梁中縱筋也不 得與節(jié)點核心區(qū)型鋼直接焊接。（3）在與節(jié)點區(qū)型鋼連接的梁端，可設置一段鋼梁與梁主筋搭接。鋼梁的高度應不小于0.8倍梁高，長度應不小于梁截面高度的2倍，且應 滿足梁內(nèi)主筋搭接長度要求。在梁內(nèi)主筋搭接長度要求。在鋼梁的上下翼 緣上應設置栓釘連接件，栓釘?shù)闹睆讲恍∮?9mm,栓釘?shù)拈g距不大于200mm,且栓釘至型

57、鋼板材邊緣的距離不小于50mm。梁內(nèi)的應有不小于1/3主筋的面積穿過鋼骨混凝土柱連接配置。從梁端至 鋼梁端部以外2倍梁高范圍內(nèi)，應按鋼筋混凝土梁端箍筋加密區(qū)的要求配 置箍筋。（4）型鋼腹板部分設置鋼筋貫穿孔時，截面缺損率不應超過腹板面 積的20%。當不能避免在型鋼翼緣上開孔時，截面缺損率也必須控制在20% 的限度內(nèi)。節(jié)點核心區(qū)的篩筋應按計算確定，篩筋間距不要大于150mm, 箍筋直徑不小于柱端箍筋加密區(qū)的箍筋直徑。（5）為了保證梁端內(nèi)力更好的傳遞，節(jié)點核心區(qū)型鋼內(nèi)梁翼緣水平位置處可設置加勁肋，其構造應便于混凝土澆灌，并保證混凝土密實。水平加勁肋厚度不宜小于12mm o總結(jié): 在abaqus有限

58、元軟件下對鋼管混凝土柱、鋼管約朿混凝土柱、鋼筋環(huán)繞式鋼管混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點、鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土 梁節(jié)點進行了模擬，理論計算與試驗結(jié)果總體上吻合良好?；诖藢︿摴?約束混凝土柱筋混凝土梁節(jié)點進行abaqus有限元模擬，對典型試件的各 組成部件進行了在單調(diào)荷載作用下的非線性全過程分析，通過對各部件在 受力過程中的裂縫、應力分布等分析，明確了各部件之間的協(xié)調(diào)工作以及 節(jié)點的工作機理。（1）基于對理論的分析，對可能影響鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土節(jié)點 的流彎承載力的參數(shù):梁柱彎矩比、梁柱線剛度比和柱長細比進行了分析。分析結(jié)果表明:鋼管約束混凝土柱鋼筋混凝土梁節(jié)點抗彎承載力與梁柱彎 矩比、梁柱線剛