鋼管混凝土柱與桁架兩種端板形式連接節(jié)點(diǎn)有限元分析

朱浩 趙娜

宿遷學(xué)院（223800）

鋼管混凝土柱與桁架兩種端板形式連接節(jié)點(diǎn)有限元分析

朱浩 趙娜

宿遷學(xué)院（223800）

通過有限元模擬兩種端板連接節(jié)點(diǎn)，對(duì)節(jié)點(diǎn)兩種端板形式在荷載作用下進(jìn)行了分析。

鋼管混凝土柱；端板形式；有限元分析

鋼結(jié)構(gòu)中的端板連接是利用構(gòu)件端部焊接端板與另一構(gòu)件的端板或柱翼緣連接的節(jié)點(diǎn)形式,通常有外伸式和平齊式兩種類型。端板在制造廠與鋼梁翼緣腹板相焊接，然后在現(xiàn)場用螺栓與鋼柱翼緣(梁柱連接)或端板(梁梁拼接)相連接，螺栓大多采用高強(qiáng)度螺栓，以提高連接承載力及連接剛度?，F(xiàn)場采用高強(qiáng)度螺栓連接,施工速度快,質(zhì)量容易保證。隨著多層鋼框架和門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用越來越多,端板連接也逐漸采用。

目前國內(nèi)外對(duì)鋼管混凝土柱與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)的研究較多，也取得一定的成果，但對(duì)鋼管混凝土柱與桁架的節(jié)點(diǎn)形式研究較少，主要有內(nèi)隔板節(jié)點(diǎn)形式和外隔板節(jié)點(diǎn)形式等。內(nèi)隔板節(jié)點(diǎn)應(yīng)用于柱截面較大的情況，當(dāng)邊長較小時(shí)不僅焊接困難，而且妨礙管內(nèi)混凝土的澆灌。外隔板節(jié)點(diǎn)施工簡單，傳力明確可靠，且不受鋼管邊長的限制，但需要足夠大的水平環(huán)板以保證節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度，用鋼量比內(nèi)隔板大。穿心螺栓端板式連接節(jié)點(diǎn)是一種新型的節(jié)點(diǎn)形式,這種節(jié)點(diǎn)形式充分發(fā)揮了工廠焊接、工地栓接的施工方式，減少了施工上的不利因素對(duì)節(jié)點(diǎn)性能的影響。

采用ANSYS有限元軟件進(jìn)行分析時(shí)，鋼管柱與桁架采用8結(jié)點(diǎn)6面體實(shí)體單元Solid45。螺栓選用20結(jié)點(diǎn)4面體實(shí)體單元Solid95，每個(gè)結(jié)點(diǎn)具有三個(gè)自由度。對(duì)高強(qiáng)螺栓連接的面面接觸問題,采用ANSYS通用程序提供的6結(jié)點(diǎn)三角形目標(biāo)單元（3D Target170）和與之形成接觸對(duì)的6結(jié)點(diǎn)三角形接觸單元（3D Conta174）,每個(gè)螺栓有三個(gè)接觸問題：螺栓桿-孔壁、螺栓帽-鋼管壁、螺栓頭-端板。高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力采用ANSYS程序提供的預(yù)拉力單元Solid179來實(shí)現(xiàn)。混凝土采用能夠反映混凝土特性的8結(jié)點(diǎn)6面體實(shí)體單元Solid65。

SJ-1及SJ-2采用平齊式端板連接，現(xiàn)改成外伸式端板連接，保持其他參數(shù)不變，端板尺寸如圖1所示。其加載點(diǎn)荷載－位移曲線如圖2所示。不同端板形式時(shí)端板的應(yīng)力云圖（加載點(diǎn)位移為－64 mm）如圖3所示。

圖1 外伸端板尺寸

圖2 不同端板形式時(shí)荷載－位移曲線

圖3 不同端板形式時(shí)端板應(yīng)力云圖

圖4 不同端板形式節(jié)點(diǎn)變形

由圖2可以看出，外伸端板與平齊端板的荷載位移曲線差別不大，節(jié)點(diǎn)的剛度、承載力變化不大。正向加載時(shí)，平齊式端板的承載力略有提高，反向加載時(shí)，外伸端板的承載力較平齊式略有提高。由圖3、圖4可以看出，不同端板形式的端板上應(yīng)力分布不同，節(jié)點(diǎn)的變形也不同。外伸式端板的應(yīng)力分布較平齊式均勻，應(yīng)力集中現(xiàn)象削弱。平齊式端板的變形較大，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)域的應(yīng)力較大。

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