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钢管混凝土与钢梁斜交节点的有限元分析 聂建国 赵楠 （清华大学土木工程系 北京 100084） [提要] 加强环式节点是钢管混凝土柱－钢梁体系的常见连接形式，认识此类节点的受力性能对结构设计至关重要。为满足建筑结构功能的需要，钢管混凝土柱与钢梁的节点变得越来越复杂，出现了钢管混凝土柱与钢梁的斜交节点。到目前为止尚未见到对此类节点的研究报道。本文以6个多向斜交节点的试验为基础，应用有限元程序进行了数值模拟，考虑了钢管内混凝土填充高度以及钢管夹角对节点性能的影响，提出相关的设计建议。 [关键词] 组合结构 斜交节点 有限元 [Abstract] In Concrete Filled Steel Tube Column with Steel Beam system, strengthening plate ring is widely used for joint connection, so it is important for engineers to get some knowledge about this kind of joint. To meet the requirement of the buildings, the forms of joints have become more and more complicated, and joints with non-perpendicular elements has been used in construction but research literature is not available. Based on six tests of this kind joints under the static load, finite element analysis software is used to do numerical analysis for modeling the tests. The effect of the filled concrete height inside and angle between the connected tubes are taken into account on the basis of numerical analyses, and some useful suggestions are presented for design. [Keywords] composite structure; concrete filled joint with non-perpendicular elements; finite element analyses 引言 在工程实践中，钢管混凝土柱与钢梁体系应用越来越多，通过外部加强环构造措施将钢管与钢梁连接，形成刚性节点[1]。影响节点受力性能的因素主要有内填混凝土高度、钢管夹角、初始缺陷等[2]。在国内外已有的试验及理论研究中，主要针对钢管混凝土柱与钢梁正交的形式，而对斜交式加强环节点的受力性能还缺乏探讨。理论分析表明，应用有限元计算软件可以比较好的模拟实际试验，从而进行大量的数值分析[3,4]。本文结合某实际工程，对斜交节点进行了试验研究，并应用有限元软件进行数值计算，在证明有限元模型正确的基础上，对内填混凝土高度以及钢管夹角对节点性能的影响进行数值分析，得到一些有益的结论。 试验模型及参数 结合实际工程节点设计了3种类型的试件，模型比例为1:4，编号分别为节点-1，节点-2，节点-3。试件的基本尺寸如图1所示，试件主要参数如表1所示。还进行了一组对比试验，构件尺寸与第一组试验相同，区别在于钢管内未填充混凝土，编号分别为节点-1a、节点-2a和节点-3a，试验详细情况见另文。 图1 试件图 表1 试件尺寸 试件编号 竖向柱 斜向柱 水平梁 斜向梁 混凝土强度 截面 (mm) 截面 (mm) 翼缘 (mm) 腹板 (mm) 翼缘 (mm) 腹板 (mm) 节点-1 165x3.5 114x3 － － 75x4 90x3 49.6 节点-2 165x3.5 165x3.5 75x5 137x3 75x8 159x3 53.6 节点-3 165x3.5 114x3 100x5 90x4 75x4 90x3 53.9 注：表中厚度为3、3.5、4、5和8mm的钢板的屈服强度分别为340、308、241、256和271MPa；极限强度分别为457、428、366、369和447MPa。 试验主要结果如表2所示。 表2 试验极限荷载与转角 节点-1 节点-1a 节点-2 节点-2a 节点-3 节点-3a (kN) 643.9 615.0 467.6 36