鋼管混凝土柱與桁架兩種端板形式連接節點有限元分析

朱浩 趙娜

宿遷學院（223800）

鋼管混凝土柱與桁架兩種端板形式連接節點有限元分析

朱浩 趙娜

宿遷學院（223800）

通過有限元模擬兩種端板連接節點，對節點兩種端板形式在荷載作用下進行了分析。

鋼管混凝土柱；端板形式；有限元分析

鋼結構中的端板連接是利用構件端部焊接端板與另一構件的端板或柱翼緣連接的節點形式,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，螺栓大多采用高強度螺栓，以提高連接承載力及連接剛度。現場采用高強度螺栓連接,施工速度快,質量容易保證。隨著多層鋼框架和門式剛架輕型房屋鋼結構在我國的應用越來越多,端板連接也逐漸采用。

目前國內外對鋼管混凝土柱與鋼梁連接節點的研究較多，也取得一定的成果，但對鋼管混凝土柱與桁架的節點形式研究較少，主要有內隔板節點形式和外隔板節點形式等。內隔板節點應用于柱截面較大的情況，當邊長較小時不僅焊接困難，而且妨礙管內混凝土的澆灌。外隔板節點施工簡單，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板以保證節點的強度，用鋼量比內隔板大。穿心螺栓端板式連接節點是一種新型的節點形式,這種節點形式充分發揮了工廠焊接、工地栓接的施工方式，減少了施工上的不利因素對節點性能的影響。

采用ANSYS有限元軟件進行分析時，鋼管柱與桁架采用8結點6面體實體單元Solid45。螺栓選用20結點4面體實體單元Solid95，每個結點具有三個自由度。對高強螺栓連接的面面接觸問題,采用ANSYS通用程序提供的6結點三角形目標單元（3D Target170）和與之形成接觸對的6結點三角形接觸單元（3D Conta174）,每個螺栓有三個接觸問題：螺栓桿-孔壁、螺栓帽-鋼管壁、螺栓頭-端板。高強螺栓預拉力采用ANSYS程序提供的預拉力單元Solid179來實現。混凝土采用能夠反映混凝土特性的8結點6面體實體單元Solid65。

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

圖1 外伸端板尺寸

圖2 不同端板形式時荷載－位移曲線

圖3 不同端板形式時端板應力云圖

圖4 不同端板形式節點變形

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，節點的剛度、承載力變化不大。正向加載時，平齊式端板的承載力略有提高，反向加載時，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力分布不同，節點的變形也不同。外伸式端板的應力分布較平齊式均勻，應力集中現象削弱。平齊式端板的變形較大，導致節點域的應力較大。

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