钢管混凝土柱-钢梁节点有限元分析
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-1- 钢管混凝土柱-钢梁节点有限元分析
林明森
武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉 (430070)
E-mail：LMS1683@163.com
摘 要：对规范推荐的钢管混凝土柱-钢梁节点进行力学性能研究，在试验的背景下，利用
有限元分析软件ANSYS9.0建模，在同时考虑几何非线性和材料非线性下进行有限元分析，
对比试验与有限元分析结果，比较模型分析截面尺寸、梁柱线刚度比、轴压比等因素对节点
刚度的影响。对模型的适用性进行评价，并对此节点的适用性及构造提出改进意见。
关键词：钢管混凝土，梁柱节点，有限元分析，节点力学性能
中图分类号：TU398+.9
0. 引言
近年来，随着高层建筑的迅速发展，钢管混凝土结构在高层建筑中应用越来越广泛，钢
管混凝土结构组合形式即弥补钢材和混凝土各自的缺点，又充分发挥了二者的优点，钢管混
凝土结构以其承载力高、延性好、施工方便以及显著的经济效果，作为一种新型的钢管混凝
土组合结构已广泛运用于各种建筑物中。钢管混凝土梁柱节点的受力性能是结构设计中的关
键，也是施工的难点，在钢管混凝土结构的工程应用中其节点的受力性能、破坏机理及连接
构造方面还存在不少问题，影响到了它的广泛应用。由于节点的重要性，节点受到了越来越
多人进行研究，虽然，目前对节点的研究不少，但研究缺乏连贯性和系统性，更多的是研究
承载力性，而对节点区域的变形还未深入，有必要对钢管混凝土梁柱节点进一步研究。
1. 试件的设计与制作
节点原型为一高层框剪结构，层高３ｍ，梁跨度６ｍ。钢管柱为圆型钢管，内填核心混
凝土，钢梁为工字型钢。试件柱梁长度按近似反弯点位置取值，试件节点设置在柱中 [1]
。
试件的几何参数见表１。
表1 几何特征参数
材料 种类 直径（m） 高度（m） 长度（m）
混凝土 C50 0.149 1
钢管 ø159x5 0.159 1
钢梁 HN175 0.175 2.159
2. 材料性质
2.1 核心混凝土
本文公式来自于文献[2]
约束系数ξ=A
sf
y/A
cf
ck
A
s:钢材和混凝土的截面面积
A
c：核心混凝的截面面积
f
y：钢材屈服极限
f
ck：混凝土抗压强度标准值 http://www.paper.edu.cn
-2-
y=2x-x2
(x≤1)
y=1+q(x0.1ξ
-1) (ξ≥1.12) (x≥1)
y=x/[
B(x-1)2
+x] (ξ<1.12) (x≥1)
x=e/e
0 y=s/s
0
e
0=e
cc+{1400+800[(fc/24)-1]}ξ0.2
(ue)
e
cc=1300+12.5 f
c (ue)
s
0=[1+(-0.054ξ2
+0.4ξ)( 24 / f
c)0.45
)] f
c
q=ξ0.745
/(2+ξ)
B=(2.36x10-5
)[0.25+(ξ-5)7
] f
c2
x3.51x10-4
钢管混凝土中核心混凝土所用的材料是：普通硅酸盐水泥；石灰岩碎石，中粗砂,最大粒径
20mm。强度为46.8ＭＰa混凝土中各材料的用量（每立方米）分别为：水185kg；水泥600kg；
砂680kg；碎石1250kg；砂率为0.35；高效减水剂FDN和木钙或泵送剂。高效减水剂FDN
减水剂和木钙分别为8.68kg和1.3kg[2]
。进行实验时混凝土的f
cu见表2，泊松比为0.2，弹
性模量参照表2。
表2混凝土材料参数[2]
强度等级 C30 C40 C50 C60 C70 C80 C90
f
cu/MPa 20 26.8 33.5 41 48 56 64
f
c/MPa 24 33 41 51 60 70 80
E
c/MPa 30000 32500 34500 36500 38500 40000 41500
2.2 钢材
钢材屈服强度、抗拉强度、弹性模量及泊松比等参数参照表３。
表3 钢材材料参数
材料 种类 屈服强度
f
y/MPa 弹性模量
Es /MPa 抗拉强度
f
u/MPa 泊松比
u
s
钢管 ø159x5 348.1 2.12x105
453.27 0.268
钢梁 HN175 324.96 2.075 x105
482.46 0.283
3. 钢管混凝土柱－钢梁节点性能的有限元分析过程
钢管混凝土柱－钢梁节点本构模型：
在ANSYS中有限元分析要定义材料属性、材料本购关系、材料模型，涉及到材料的本
构关系。有限元分析与实际结构受力性能是否符合在很大程度上取决于所建立的本构关系模
型是否合理。经分析，选取了韩林海教授圆型钢管约束混凝土的本构关系模型作为核心混凝
土的本构模型，选取双线性等向强化模型作为钢材的本构模型。
3.1前处理：
本文单元的选取：
(1)实体单元：
钢管中的核心混凝土为长、宽、高比例相当的三维实体结构，采用实体单元SOLID65http://www.paper.edu.cn
-3- 对其进行划分。单元由八个节点定义，每个节点有三个自由度:节点坐标系的x, y, z方向的
平动。本单元用于建立，具有塑性、膨胀、大变形、大应变等功能。
(2)壳体单元：
由于钢管和钢梁都是薄壁结构，厚度方向的尺寸远小于长度和宽度方向的尺寸，适合用
壳体来模拟。因此在分析程序中，采用壳体单元SHELL163对钢管及钢梁进行划分。单元
由四个节点定义，每个节点有六个自由度:节点坐标系的x, y, z方向的平动和绕x, y, z轴
的转动。本单元使用于分析从薄至中等厚度的壳结构，考虑了横向剪切，支持各向同性和随
动强化等多种本构模型。
(3)接触单元：
本文钢管和混凝土之间，钢梁和混凝土之间考虑到接触问题，在钢单元和混凝土之间加
入滑移单元(slip element)或间歇单元(gap element )，钢管和核心混凝上之间状态非线性用面
一面接触单元来模拟。把弹性模量较大的钢管当作刚性的“目标”面，在钢管单元表面生成目
标单元TARGE170;把弹性模量较小的混凝土当作柔性的“接触”面，在混凝土单元表面生成
接触单元CONTA173。腹板和混凝土之间也采用同样的单元凝土之间都是采用面－面接触
模拟。混凝土之间的摩擦系数设为0.2。
模型采用实体建模法。通过输入实体各控制点的三维坐标来分别建立几何模型，模拟出
钢管混凝土柱梁节点构件，采用映射网格划分单元。混凝土本构关系、钢材的应力一应变曲
线以及整体有限元模型分别如图1、图2、图３所示。
图1 混凝土本构关系
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-4-
图2 钢材本构关系
图3整体有限元模型
3.2边界加载
相应的边界约束条件：柱顶（加载处）钢管约束X、Y方向平动，混凝土不作约束，柱
底X、Y、Z方向平动均作约束，为模拟反弯点特性，在柱底用铰支座构造，在试件就位和
初加载时，加载要对准试件中轴线，保证柱在平面内加载，避免出现非预期的受力状态。按
《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS 28：90）（4.1.2-2.3）计算钢管柱承载力，并结
合加载能力确定最大加载值500KN[3]
。先在柱顶逐级施加荷载到500KN，在此范围内可认
为钢管和混凝土单独受力，紧箍力未发挥作用[4]
，按悬臂梁计算钢梁承受力。然后在梁两端
同步施加荷载到60KN结束。 http://www.paper.edu.cn
-5-
图4 加载装置示意图
3.3求解
方程求解时采用了直接求解法，在非线性求解过程中采用牛顿-拉普森(Newton-Raphson )
平衡迭代法则，控制非线性迭代误差在某个容许的范围内，确定以力为基础的收敛准则，采
用所有自由度不平衡力的平方总和的平方根进行收敛检查，控制容差在2%以内，控制平衡
迭代的最大次数为25次，由程序确定子步间荷载增量的大小和决定在求解期间是增加还是
减小时间步长 [5]
。
3.4后处理
完成前三个步骤后，先设定ANSYS中的求解控制，打开大变形开关，对单元进行加载
求解，程序运行良好。通过以下两种方法可以判断钢管混凝土已经达到极限承载力，一是计
算完毕后发现钢材达到最大极限抗拉强度；二是在计算过程中，由于产生大的塑性变形，单
元畸形导致计算终止，这是由于在单元内部，当局部应力达到材料所能承受的最大极限承载
力而破坏导致计算终止或者不收敛。
计算完后在通用后处理器POST1中读取结果文件，可以显示出节点前后变形情况，也
可以把任何一个时间步的应力、应变、位移及在各方向的力以“云图”、矢量或者列表方式显
示。利用时间历程后处理器POST26可以用图绘制出顶面中心节点在整个加载历程中力与变
形的关系。
4. 试验结果和有限元结果分析
4.1试验结果分析
在试验中进行了全过程的观察得到如下结果：
(1)柱顶加载时，刚梁柱本身未发生明显变形;
(2)两梁端在加载过程中，发生明显变形，当加载止50KN时，梁段出现屈服台阶;
(3)到梁端加载后期，梁段发生倾斜;
(4)在节点区域未发现钢管和钢梁焊缝开裂、钢管壁凸出或凹陷等变形。
4.2柱钢管壁的分析
柱端加载时，钢管壁上的应变变化基本符合力学假设，但节点区内的纵向应变比材料力学的
计算结果低，这是因为钢梁腹板对钢管壁有加强作用，对钢管壁的纵向应变的比较，两者数
据比较接近，说明了所选的有限元模型的有效性，如表４所示。图5为测量点，图6可看出
节点区内外和材料力学结果的差异。梁端翼缘直接和钢管壁焊接，梁端加载时，钢管壁上与
梁翼缘交界处侧面的主应力值较大，说明这个位置比钢管和梁端翼缘交界处更危险，在交界
钢管混凝土柱-削弱钢梁节点受力性能研究
第３２卷第１期 Ｖ０１．３２ Ｎｏ．１ 宁夏大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｉｎｇｘｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） ２０１１年３月 Ｍａｒ．２０１０
文章编号：０２５３—２３２８（２０１１）Ｏｌ一００２８—０７ ＤＯＩ：ＣＮＫＩ：６４—１００６／Ｎ．２０１１０３０２．０９０６．０００
钢管混凝土柱一削弱钢梁节点受力性能研究
郭彦利 ，姚行友
（１．广东海洋大学工程学院，广东湛＇２ｒ－５２４０８８； ２．同济大学土木工程学院，上海２０００９２）
摘要：提出了翼缘开圆孔和翼缘、腹板均开孔的方钢管混凝土柱一钢梁削弱梁端新型节点形式．建立考虑几何非 线性和材料非线性的有限元模型对此新型节点形式在单调及低周反复荷栽作用下的受力性能进行数值分析，并和 实验及传统的狗骨式节点（ＲＢＳ）在荷载一位移曲线、节点削弱端应力分布、承载力、延性及耗能能力等方面进行对 比．结果表明：此类削弱方式与狗骨式节点的刚度和承栽力均基本相同；塑性铰均能外移至削弱区域；削弱节点表 现出良好的廷性和耗能能力，具有较好的抗震性能． 关键词：方钢管混凝土柱；梁柱节点；梁端削弱；非线性有限元；抗震性能 分类号：（中图）ＴＵ３９１ 文献标志码：Ａ
我国《矩形钢管混凝土结构技术规程》（ＣＥＣＳ
１５９：２００４）口］根据近年来的研究成果，借鉴钢框架节
点的传统连接，推荐了“带短梁内隔板式梁柱连接”
和“内隔板式梁柱连接”２种内隔板梁柱连接构造形
式，其中前者梁柱为对焊连接，后者梁柱为栓焊连
接．考虑抗震设计时传统连接方式梁柱连接处梁截
面无法达到“等强”连接的要求，故根据钢框架节点
的研究成果『２ ］，建议在８度设防Ⅲ，Ⅳ类场地和９
度设防时，柱与钢梁的刚性连接宜采用“塑性铰”外
移的骨形连接．骨形连接是钢框架节点削弱梁端翼 缘（ＲＢＳ）的构造方式之一，已有研究表明Ｅ ４－５］，削弱
异形钢管混凝土柱-钢梁节点研究
建材世界 ２０１２年第３３卷第２期
ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｃａ．４２—１７８３．ＴＵ．２０１２．０２．０３０
异形钢管混凝土柱一钢梁节点研究
王艳华，李成玉
（武汉科技大学城市建设学院，武汉４３００７０）
摘 要： 介绍了梁柱节点的３种连接形式，并对当前现有节点进行了比较分析，讨论了其在异形钢管混凝土柱结 构体系上使用的可能性，指出现有节点有些不适用于异形钢管混凝土柱框架结构体系，能够使用的也不能完全达到 预期的效果。对比分析确定穿芯式节点比较符合要求，并简要介绍了异形钢管混凝土柱框架节点的研究现状。最后 对该节点后续的研究提出了一些看法和建议。 关键词： 异形钢管混凝土柱；钢梁； 节点
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｓｐｅｃｉａｌ—ｓｈａｐｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ
Ｆｉｌｌｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｅ Ｃｏｌｕｍｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｂｅａｍ
ＷＡＮＧ Ｙａｎ－ｈｕａ，ＬＩＣｈｅｎｇ—ｙｕ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ￣Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ａｎｄ ｍａｋｅ ａ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｊｏｉｎｔ， ｃｌａｒｉｆｙ ｉｔｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ ａｎｄ ｗｅａｋｎｅｓｓｅｓ．Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ，ｓｏｍｅ ｊｏｉｎｔｓ ｃａｎ ｎｏｔ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｉｔ，ａｎｄ ｓｏｍｅ ｊｏｉｎｔｓ ｕｓｅｄ ｃａｎ ｎｏｔ ａ— ｃｈｉｅｖｅ ｄｅｓｉｒｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｆｉｎａｌｌｙ ｗｅ ｆｉｎｄ ｔｈａｔ ｓｔｒａｉｇｈｔ－ｎｏｄｅ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｎ ｗｅ ｍａｋｅ ａ ｂｒｉｅｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃ— ｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｓｐｅｃｉａｌ ｓｈａｐｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｃｏｌｕｍｎ ｆｒａｍｅ ｎｏｄｅ，ａｔ ｌａｓｔ，ｓｏｍｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ｉｎ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｈａｐｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｃｏｌｕｍｎ；ｓｔｅｅｌ ｂｅａｍ；ｊｏｉｎｔ
钢管混凝土梁柱节点域轴压非线性屈曲分析
・３４・ 第３８卷第８期 ２ ０ Ｉ ２年３月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨｎ ＣＴＵＲＥ ＶｏＩ．３８ Ｎｏ．８ Ｍａｒ． ２０１２
文章编号：１００９—６８２５（２０１２）０８－００３４・０２
钢管混凝土梁柱节点域轴压非线性屈曲分析
李成玉
（１．武汉科技大学城市建设学院，湖北武汉４３００７０ 郭耀杰
２．武汉大学土木建筑－７程学院，湖北武汉４３００７２）
摘要：通过对钢管混凝土外加强环式节点的有限元分析，得到了节点域在梁端弯曲荷载和轴向压力作用下的屈曲现象，指出当
轴压比超过０．６后，外加强环式节点有屈曲现象发生，这一点应引起设计人员足够重视。
关键词：钢管混凝土，梁柱节点域，局部屈曲，轴压比
中图分类号：ＴＵ３７５．３ 文献标识码：Ａ
１ 概述
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的结构构件，钢
管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用。利用钢管和混凝土
两种材料在受力过程中的相互作用来充分发挥两种材料的优点；
不仅使混凝土的塑性和韧性性能大为改善，而且可以避免或延缓
钢管发生局部屈曲。
轴向压力作用下的局部屈曲是钢管结构的主要破坏形式之
一，近年来，不少学者对圆钢管混凝土柱的屈曲等问题进行了理 论分析和试验研究，取得了很多成果 ．２ Ｊ。钢管混凝土节点域既
受到柱的轴心压力，又要承受梁作用的弯矩和剪力，必然存在屈
曲现象，但如果直接套用钢管结构节点的屈曲分析结论，不考虑
混凝土的帮衬作用，则又过于保守。
研究认为，对轴压圆柱壳屈曲影响最大的因素当属壳体中存
在的初始几何缺陷，即壳体的初始缺陷敏感性。用非线性有限元
进行圆柱壳非线性屈曲分析的前提是必须对模型施加初始扰动，
亦即施加初始几何缺陷。
在对钢管混凝土框架节点域进行非线性屈曲分析时，首先在
梁端施加荷载，由于梁根部受弯转动，势必带动钢管壁面外的变
形，从而实现了钢管柱的初始缺陷的施加；然后在柱顶施加轴向
荷载，就可以完成节点域钢管屈曲分析。
钢管混凝土柱—钢梁节点连接的研究现状及建议
龙源期刊网
钢管混凝土柱—钢梁节点连接的研究现状及建议
作者：方辉 毛中举 程宽 李佩文 肖良丽
来源：《中国科技博览》2018年第19期
[摘 要]钢管混凝土柱常和钢梁连接在一起，共同构成建筑组合结构。本文主要介绍了钢管混凝土柱-钢梁节点的类型，通过查阅大量文献，对钢管混凝土柱-钢梁节点的研究现状进行了归纳和总结。最后，对钢管混凝土柱-钢梁节点后续研究提出了一些看法和建议。
[关键词]钢管混凝土柱；钢梁；节点
中图分类号：TU398.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）19-0219-01
1 钢管混凝土柱-钢梁节点的连接形式
根据钢管截面形式的不同，下面从圆钢管混凝土与方钢管混凝土两个方面来介绍较常用的节点形式。
1.1 圆钢管混凝土柱-钢梁节点的连接形式
圆形截面为较常用的截面形式之一，圆钢管和方钢管有着相同之处——同为封闭的薄壁钢管，研究已有的圆钢管柱的节点形式，对于方钢管柱节点的研究有借鉴意义。根据构造形式，较常用的圆钢管柱节点可分为以下几种：加强环式节点、锚定式节点、十字钢板式节点等。
（1）加强环式节点
这是《钢管混凝土结构设计与施工规范》（CECS28-2012）所推荐使用的节点形式，也是运用的最成熟的节点形式，根据钢管混凝土柱直径大小的不同分为内加强环和外加强两种。当钢管混凝土柱的直径较小时采用外加强环式节点，在梁的上下翼缘位置设置上下加强环，与梁相连后可传递弯矩，在上下环板之间焊一竖向肋板传递梁端剪力，如图1所示。外加强环与钢管外壁应采用全熔透焊缝连接，外加强环与钢梁应采用栓焊连接。钢管混凝土柱的直径较大时采用内加强环式节点，钢管混凝土柱和钢梁连接时，在正对钢梁上下翼缘位置，管柱内焊接加强环。
（2）锚定式节点
圆钢管混凝土柱-钢梁带软钢段节点的受力性能研究
第２７卷第ｌ期 ２０１３年２月 ＶＯ１．２７ ＮＯ．１ Ｆｅｂ．２０１３
圆钢管混凝土柱一钢梁带软钢段
节点的受力性能研究
周 维 ，李成玉 ，张 莉 ，刘 建
（１．武汉科技大学城市建设学院，武汉４３００６５；２．武汉科技大学耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地，武汉４３００８１）
摘要：提出圆钢管混凝土柱一钢梁带软钢段节点，采用有限元软件ＡＮＳＹＳ对其受力性能进行了非线性有限元
分析，结果表明：圆钢管混凝土柱一钢梁带软钢段节点是一种理想的抗震耗能节点，并给出了软钢段起点至加强环
边缘距离的合理取值范围。
关键词：钢管混凝土，软钢节点，非线性分析
中图分类号：ＴＵ３２／３９９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—３１５２（２０１３）Ｏｌ一００３８—０３
１ 引言
钢管混凝土梁一柱节点，是钢管混凝土结构的
重要组成部分＿１］。普通的梁柱节点难以满足对节点
抗震能力的要求，研究人员在普通梁柱节点的研究
基础上，提出了加强环式、狗骨式等新型节点 。］。
在较大地震作用下，新型节点在一定程度上起到了
保护梁柱连接处的作用，但整个结构发生了破坏，结
构构件不能再次使用，因此有必要研究一种更好的
梁柱连接节点，使其既能保证梁柱连接处不受破坏，
又能使整个结构构件不破坏。
２ 连接方式
在圆钢管混凝土柱一梁加强环节点的基础上，提
出了圆钢管混凝土柱一钢梁带软钢段节点，简称软钢
节点 。其特点是，先在靠近节点的梁上预先设置一
个薄弱区域，在较大地震作用下，该薄弱区域首先发
生塑性变形，进入屈服状态，薄弱区域的钢材发生破
坏，在震后维修时，可对已破坏的薄弱区域的钢材进行
更换，结构构件可以继续使用，从而达到可修的目的。
３计算模型 ＲＡ系列试件，其中Ｂａｓｅ试件作为对照试件，ＲＡ系
列试件研究软钢段起点至加强环边缘的距离Ａ对
软钢节点受力性能的影响（图１）。
圈
崮
图１软钢节点示意图
有限元分析取梁：Ｈ３５Ｏ×１５０×８×１Ｏ，长度为
L形钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究
第
32卷第
6期
2021年12月Vol. 32 No. 6
Dec. 2021中原工学院学报
JOURNAL OF ZHONGYUAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
文章编号
：1671-6906(2021 )06-0035-09
L
形钢管混凝土柱一钢梁节点抗震性能研究
赵毅
1,许慧慧
1,王帅皿，闫梦辉"
(1.中原工学晩 建筑工程学院，河南 郑酣450007
； 2.机械工业第六设计研究晓有限公司，河南 郑州450007)
摘要：为了研究异形钢管混凝土柱一钢梁节点的抗震性館，利用有限元软件ABAQUS,依据结构设计中"强节点，騎
构件”的设计原则，建止了一种新型侧板连接L形钢管混凝土柱一钢梁节点模型。以有无侧板、侧板长度、侧板厚度、侧
板类型和不同轴压比为主要参数，分析了该类型节点在循环荷载作用下的抗震性能。结果表明：该类型节点整体抗震性
能较好；相较于无侧板节点模型，有侧板节点模型极限承裁，力提高；侧板的外伸长度可以控制塑性姣的住置；侧板厚度与
轴压比对节点模型抗震性館笛彩响不明显；对侧板凸角进行斜坡处理，会使节点模型极限承载力降低。该研究成果为异
形钢管混凝土结构的推广应用提供了理论参考。
关键词：
L形钢管混凝土柱；节点；有限元；抗震性館
中图分类号：
TU398 文献标志码：
A DOI
：10. 3969力.issn. 1671 —6906. 2021. 06. 006
Study on seismic behavior of L-shaped concrete filled
steel tubular column-steel beam joints
ZHAO Yi1, XU Huihui1, WANG Shua
严，YAN Menghui1-2
(1. School of Civil Engineering and Architecture, Zhongyuan University of Technology,
浅析钢管混凝土柱-钢梁节点形式
第３４卷第４期 ・１０２・ ２ ０ ０ ８年２月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣ＂Ｉ、ＵＲＥ ＶｏＩ＿３４Ｎｏ．４ Ｆｌｅｂ．２０ｏ８
文章编号：１００９．６８２５（２００８）０４—０１０２—０２
浅析钢管混凝土柱一钢梁节点形式
刘凛 张璐
摘 要：介绍了目前钢管混凝土柱一钢梁框架常用节点的构造形式和受力特点，按照柱贯通式节点和粱贯通式节点的分
类，分析了钢管混凝土柱一钢梁框架节点形式的一些研究，并提出了简洁合理的端板螺栓连接新型节点形式，以供钢管
混凝土柱一钢梁结构体系的节点设计参考。
关键词：钢管混凝土柱，节点，端板
中图分类号： ＦＵ３９２ 文献标识码：Ａ
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
混凝土两种材料的长处，具有承载力高，塑性和韧性好，施工方便 等优点 １ｊ，被广泛地应用于单层和多层＿『＝业厂房柱、设备构架柱。
特别是近年来在高层建筑和桥梁等结构中，随着住宅钢结构的推
广和应用，以钢管混凝土柱与钢梁形成的框架结构体系在工程实
践中逐渐得到应用与发展，并取得了良好的经济效益和社会效益。
１ 钢管混凝土柱一钢梁框架节点形式
１．１铰接节点
钢管混凝土柱～钢梁的铰接连接是指节点在外力作用下，梁 与柱轴线夹角的改变量将达到理想铰接（指能自由转动的连接）
转角的８０％以上 ｊ。这种节点一般只将梁的腹板通过焊接在柱
上的连接件用高强螺栓与柱连接，如果梁端剪力较大，也可在柱 上增设牛腿，以传递过大的梁端剪力。铰接节点构造简单，施工
方便，但只能传递较小的弯矩，主要是用于传递梁端剪力。
１．２半刚接节点
钢梁与钢管混凝土柱的半刚性连接是指节点在外力作用下，
梁与柱轴线夹角的改变量介于铰接连接和刚接连接之间的连接。
半刚性节点不仅能够传递剪力，还能传递部分弯矩。对于半刚接
节点，由于受力过程中梁和钢管混凝土柱轴线的夹角发生改变，
会引起结构内力重分布，结构受力比较复杂，且变形较大，因此在
钢管混凝土柱—钢梁平面框架的力学性能研究
钢管混凝土柱—钢梁平面框架的力学性能研究
一、本文概述
随着现代建筑技术的不断进步和创新，钢管混凝土柱-钢梁平面框架作为一种新型的建筑结构形式，已经在工程中得到了广泛的应用。该结构形式结合了钢管混凝土柱的高承载能力和钢梁的优良延性，使得整体结构在承受外部荷载时表现出良好的力学性能。本文旨在对钢管混凝土柱-钢梁平面框架的力学性能进行深入的研究和分析，以期为相关工程实践提供理论依据和技术支持。
具体而言，本文首先将对钢管混凝土柱-钢梁平面框架的基本构造和受力特点进行详细的介绍，包括钢管混凝土柱的受力性能、钢梁的受力性能以及两者之间的连接方式等。在此基础上，本文将通过建立理论模型、进行数值模拟和开展实验研究等多种方法，全面探讨该结构形式在不同荷载作用下的受力性能、变形特性以及破坏模式等关键问题。
通过本文的研究，期望能够更深入地理解钢管混凝土柱-钢梁平面框架的力学特性，揭示其受力机理和破坏规律，为相关工程设计和施工提供更为准确和可靠的理论依据。本文的研究成果也有助于推动新型建筑结构形式的发展和创新，为现代建筑技术的进步做出积极的贡献。 二、钢管混凝土柱-钢梁平面框架的基本构造和特点
钢管混凝土柱-钢梁平面框架作为一种混合结构体系，结合了钢管混凝土柱和钢梁的优点，展现出了独特的力学性能和广泛的应用前景。其基本构造主要包括钢管混凝土柱和钢梁两部分，通过节点连接形成一个整体稳定的结构体系。
钢管混凝土柱是指将混凝土填入钢管中，利用钢管对混凝土的约束作用提高混凝土的抗压强度和延性，同时钢管自身也承受一定的拉力。这种结构形式能够充分发挥钢材和混凝土两种材料的优点，提高柱子的整体承载能力，同时具有较好的抗震性能。
钢梁作为框架的另一部分，主要承受弯矩和剪力，其截面形式多样，可以根据实际需求选择合适的截面形状和尺寸。钢梁与钢管混凝土柱的连接通常采用刚性连接或半刚性连接，以确保框架的整体稳定性和承载能力。
承载能力高：钢管混凝土柱的抗压强度高，钢梁的抗弯承载能力大，使得整个框架具有较高的承载能力。
钢筋混凝土柱与钢梁连接节点设计
钢筋混凝土柱与钢梁连接节点设计
薛璐
【摘 要】结合某站站房改造工程,对钢筋混凝土柱—钢梁节点设计进行了探讨,提出了新型外加强环梁柱节点,并利用大型通用有限元软件ABAQUS分析了该节点的力学性能,可以为类似工程提供参考.
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2017(043)034
【总页数】2页(P33-34)
【关键词】钢骨混凝土柱;圆形截面;梁柱节点;有限元模拟
【作 者】薛璐
【作者单位】中国铁路设计集团有限公司,天津 300143
【正文语种】中 文
【中图分类】TU318
钢骨混凝土(Steel Reinforced Concrete简称SRC)结构，也叫劲性钢筋混凝土结构，这是一种利用型钢与传统柔性钢筋共同加强混凝土的新型组合结构形式[1,2]。钢骨混凝土构件的内部劲性钢骨与外包混凝土形成整体，综合了钢结构和钢筋混凝土结构的优点。其具有较大的刚度和较好的塑性性质，抗局部扭曲能力大大增强，此外，其还具有良好的耐久性、耐火性，施工中无需设置临时支撑，节省用钢量等经济优势。国内外大量的震害表明，框架节点是建筑结构抗震中的一个关键部位，节点破坏往往是导致整个框架破坏的原因之一，因此必须注意混合结构中节点做法。本文结合具体工程项目，借鉴钢骨混凝土结构连接设计，将本工程节点设计为外加强环，并进行了节点有限元分析。
本工程是某省会客运站改造工程，如图1所示。
东西两侧填充天井结构为贴建结构，首层、夹层及二层为钢筋混凝土框架结构，屋面结构体系为钢梁、混凝土屋面。新建单体与既有建筑贴建，基础采用人工挖孔桩形式。考虑到边界条件受限，临时支撑不方便搭建，施工进度要求较高，以及整体美观要求，借鉴钢骨混凝土柱与钢梁连接节点的形式，本工程节点示意图如图2所示。
节点设计的基本原则是节点必须能够安全地传递上部的拉压力、弯矩及剪力，连接形式分为刚接、半铰接、铰接三种[3]，而本工程为特别重要工程，所以选取连接形式为刚接。
钢管混凝土柱-钢梁环板节点抗剪性能数值模拟
第２８卷第３期 ２０１１年９月 土木工程与管理学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｖｏ１．２８ Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．２０１１
钢管混凝土柱一钢梁环板节点抗剪性能数值模拟
史艳莉， 谢 娜， 王文达， 张鹏鹏
（兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州７３００５０）
摘要：为了研究钢管混凝土柱一钢梁环板节点的抗剪性能，采用ＡＢＡＱＵＳ软件对节点进行了数值模拟。通过 对大量的典型算例进行数值模拟，验证模型的合理性。在此基础上，依据规范所规定的节点设计的一般原则， 建立钢管混凝土柱一钢梁环板节点的有限元典型试件模型，并对该模型进行单调加载下的全过程分析。依据所 得到的有限元数值模拟结果，分析节点宏观的破坏形态以及微观的剪力一剪切变形关系，以此来明晰节点的受 剪机理，从而为抗剪设计提供一定的依据。 关键词：钢管混凝土；环板节点；数值模拟；抗剪性能
中图分类号：ＴＵ３９８ ．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５－０９８５（２０１ １）０３－０１８３－０５
近年来，随着钢管混凝土结构的发展，其在工
程上的应用越来越多，随之对其理论的研究也越
来越多。目前，国内外的研究人员对节点的抗震
性能进行了一定的实验研究和理论研究，但是对
节点的抗剪性能研究还不成熟，有待于完善，主要
还存在以下几个方面的问题：（１）由于钢管混凝
土节点的抗剪机理比较复杂，再加上存在加强环、
钢牛腿等构件，使得节点受力更加复杂；（２）以前
的节点分析大多数是将钢管和混凝土分开考虑，
没有充分考虑两者的协同作用；（３）在梁端变形
分析中，节点的剪切变形是重要的组成部分，而以
前的研究人员对节点的剪切变形研究相对较少。
本文考虑这几个方面的问题，对钢管混凝土柱一钢
梁环板节点的抗剪受力进行了数值模拟，以此来
明晰节点的受剪机理，从而为以后的研究工作提
供一定的依据。
节点抗剪的研究概述
目前，国内外研究人员对钢管混凝土梁柱节