基于屈服线理论的钢管混凝土外加强环节点设计公式推导.pdfVIP

钢结构工程研究⑧ ‘钢结构》2010增刊 基于屈服线理论的钢管混凝土外加强环节 点设计公式推导 李成玉赵峰罗冽 武汉科技大学城市建设学院，武汉430070 提要：外加强环式节点在钢管混凝土结构中广泛使用，国内规程或相关书籍中，都有这种节点的设计公 式，不过所有这些书籍或者规程中均没有给出设计公式相关的推导过程。从试验和有限元模拟结果来看， 加强环式节点达到屈服时在环面上会出现明显的屈服带，据此，基于屈服线理论，建立节点屈服机构，得 到节点屈服强度，在引入调整系数后，进而提出节点环板宽度设计公式。本文提出的设计公式与现有设计 公式在形式上一致，证明了现有设计公式的正确性；另外，经与有限元分析结果及已有设计公式对比分析， 本文提出的设计公式有很高的精确度。 关键词：钢管混凝土；屈服线理论；加强环节点；设计公式 钢管混凝土结构节点和连接的设计，应满足强度、刚度、稳定性和抗震的要求，保证 力的传递，使钢管和管中混凝土能共同工作。为了满足工程设计的需要，国内也颁布了相 关的技术规程，对节点设计进行了相关的规定。目前国内有关钢管混凝土结构设计的规程 有：《钢管混凝土结构设计与施工规程》… JCJ01-89 、《钢管混凝土结构设计与施工规程》 设计的构造要求，也给出了加强环设计的有关公式。但由于这些公式总体上是从国外引进 的，而且在引进时，没有作相关的介绍，因而国内设计人员在使用这些公式时心中没底。 因此有必要对节点的设计公式作详细推导。作者曾利用曲梁模型得到的环板应力公式H’51， 可以较好地给出环板应力分布规律，考虑截面塑性发展得到的危险断面应力公式以及节点 抗拉极限承载力公式，概念清晰，但若以此推导节点环板截面公式，则过程复杂、计算量 大，在实际工程设计不便使用。试验和有限元分析表明，外加强环板受力时有明显的塑性 屈服带形成m1，本文将基于屈服线理论对加强环节点受力状态进行分析，并对其设计公式 进行推导。 节点加强环屈服线模型 考虑试验和有限元模拟得出的受拉环面应力分布特征以及截面塑性扩展规律‘61，外加 强环式节点的屈服机制可假设如图l所示，于是，可以应用屈服线理论来预测节点的抗拉 屈服荷载。屈服机构由剪切屈服线与弯曲屈服线组成。将环板外转角点与环板轴心连线形 基金项目：湖北省自然科学 No．2006ABA291 钢结构工程研究⑧ 《钢结构》2010增刊 成的截面定义为环板受剪冲切线 图1 ，对应在柱管上也形成柱管冲切线a．b-b’一a’。 另外由于钢梁翼缘作用的拉伸力引起的柱壁往面外的转动，形成了弯曲屈服线a-8、b-b、 a’．a’、b’-b’。将由梁翼缘的拉伸作用引起的外力虚功定义为Eb，将由剪切屈服线内力虚 功定义为Ep，弯曲屈服线的内力虚功定义为Ec。得到下式： 毛 P万 Ep+E 1 _斗|- 宣_爿 d： ：量 卡一椤—————_b’ 划 ■霄：少 Bb 少 一…Ds——一 ——面外弯曲屈服线 …．…冲切屈服线 图1节点受拉屈服机构 为了问题分析的简化，省略弯曲屈服线对内力虚功的贡献，同时假设柱管只承受环向拉 力作用。则有： 2