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    型钢混凝土异形柱框架角节点抗扭承载力有限元分析.pdf

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    型钢混凝土异形柱框架角节点抗扭承载力有限元分析.pdf

    第39卷第3期 2013年6月 四川建筑科学研究 Sichuan Building Science 19 型钢混凝土异形柱框架角节点抗扭承载力 有限元分析 武启明,李军华,王子英 天津住宅科学研究院有限公司,天津3ooo6o 摘要型钢混凝土异形柱结构是指在钢筋混凝土异形柱截面中配置型钢的结构。它结合了钢筋混凝土异形柱结 构和型钢混凝土结构的优点,具有广阔的应用前景。本文利用ABAQUS软件对型钢混凝土异形柱框架角节点在纯 扭荷载作用下的情况进行了有限元模拟分析。分析结果表明,型钢对于节点的抗扭承载力的提高作用明显。根据 叠加方法并通过引入考虑组合作用的节点抗扭承载力影响系数对型钢混凝土异形柱框架角节点建立了抗扭承载 力计算公式。 关键词型钢混凝土;异形柱;节点;抗扭承载力;有限元分析 中国分类号TU323.1 文献标志码A 文章编号1008193320130301904 Fillite element analysis on torsion capacity of steel reinforced concrete specialshaped column corner joint WU Qiming,LI Junhua,WANG Ziying Tianjin Scientific Academy of Residential Buildings,Tianjin 300060,China AbstractThe steel reinforced concrete special-shaped column structure is the structure that steel layout in the crOSS--section of reinforced concrete special-shaped column structure.It combines advantages of the reinforced concrete specialshaped column structure and the steel reinforced concrete structure.The steel reinforced concrete special-shaped beam-column comer joints under torsion were analyzed by using the software ABAQUS.It is shown that the results analyzed are consistent with actual situation.The steel enhance the torsion capacity of joints dramatically.The torsion capacity ulas of steel reinforced concrete special-shaped beam-column comer joint were presented by followed and introduced the coefficient of torsion. Key wordssteel reinforced concrete;specialshaped column;joint;torsion capacity;finite element analysis 0 引 言 异形柱框架结构是根据建筑设计对建筑功能及 建筑布置的要求,在结构不同部位采取不同形状截 面的异形柱L形、T形和十字形,柱肢厚度与框架 填充墙协调一致,以避免框架柱在屋角凸出而影响 建筑使用功能。型钢混凝土异形柱结构就是在钢筋 混凝土异形柱结构中配置型钢而形成的结构。由于 配钢率提高,与钢筋混凝土异形柱框架结构相比,型 钢混凝土异形柱结构具有承载能力高、抗震性能好 等优点,具有广阔的应用前景。 对于异形柱框架结构来说,如果整个结构的质 量中心和刚度中心不重合,结构在水平荷载作用下 收稿日期2011.10-20 作者简介武启明1985一,男,河北深州人,助理工程师,硕士研究 生,研究方向组合结构。 基金项目国家自然科学基金资助项目50978217 Emailwuqiming666163.tom 就会绕结构的刚度中心产生整体的扭转。这种整体 的扭转会在结构的柱中产生扭矩,而且对于离刚度 中心较远的角柱较为不利。即使整个异形柱结构的 质量中心与刚度中心重合,对于结构中的每一个角 柱来说,水平荷载合力作用点如果不经过柱截面的 剪心,角柱同样会绕柱截面形心扭转。综上所述,在 异形柱结构中与角柱相连的角节点也会受到扭矩作 用。节点是连接梁柱的关键部位,必须对节点的受 力机理和承载能力进行深入研究,从而保证节点能 有效传递内力。目前,国内外对于型钢混凝土矩形 构件的抗扭承载力研究较多引,对于型钢混凝土异 形构件的抗扭承载力研究较少。本文利用ABAQUS 软件对型钢混凝土异形柱框架角节点的抗扭承载力 进行模拟分析。 1模型试件设计 忽略与节点相交的梁的有利作用,即取节点核 心区梁高范围内的柱段为研究对象,设计了如图1 22 四川建筑科学研究 第39卷 l 苎 l 图6节点截面分块示意 图7各区块内箍筋尺寸 Fig.6 Details of specimen Fig.7 Details of specimen 表2极限扭矩的对比 Table 2 Comparison of ultimate torsion {者件hcorl 6 d 。。r2 6。。 二 受 翼里 里 虫2 2 IS一1 214 94 120 94 4.31 3.70 TS一2 334 94 120 94 5.95 4.53 IS-3 334 94 240 94 7.60 6.88 1、s4454 94 120 94 7.60 7.24 一5454 94 240 94 9.24 9.03 TS一6454 94 360 94 10.90 11.12 注表中 为由式2计算的极限扭矩值; 为有限元分析的节点 抗扭承载力。 4.2型钢抗扭承载力 双轴对称的工字形截面构件达到极限状态时的 自由扭矩为 J 一 等等】3 式中 型钢的抗拉强度; 6 型钢翼缘宽度; f 型钢翼缘厚度; 型钢腹板高度; £ 型钢腹板厚度。 对于型钢混凝土异形柱框架角节点中型钢的抗 扭承载力可以按式3计算,即忽略约束扭转对于 抗扭承载力的贡献。其中h 九 枷, 刚为区 块l内型钢腹板高度, 为区块2内型钢腹板高 度。式3中型钢尺寸取值参见图l。 表3为计算得到的实腹式配钢的型钢混凝土异 形柱框架角节点考虑组合作用的抗扭承载力影响系 数 。 表3考虑组合作用的节点抗扭承载力影响系数 Table 3 The coefficient of torsion 注表中 为由式2计算的极限扭矩值; 为由式3计算的极限 扭矩值; 为有限元分析的节点抗扭承载力。 最终,将考虑组合作用的节点抗扭承载力影响 系数 取为1.3。 4。3节点抗扭承载力计算公式 型钢混凝土异形柱框架角节点的抗扭承载力计 算公式为 【o.35f, Z w, 1.2等 仍sniA 卜 一 譬譬】 4 式4中各符号取值情况参见前文。 5 结 论 本文利用ABAQUS软件对型钢混凝土异形柱 框架角节点在纯扭荷载作用下的情况进行了有限元 模拟分析,得到以下结论。 1有限元分析结果表明,模型试件的变形情况 及极限状态时的应力分布情况较符合实际情况。 2有限元分析结果表明,型钢对于型钢混凝土 异形柱框架柱角节点的抗扭承载力的提高作用明 显。 3根据叠加方法并通过引入考虑组合作用的 节点抗扭承载力影响系数对型钢混凝土异形柱框架 角节点建立了抗扭承载力计算公式。 本文建立节点抗扭承载力计算公式时未考虑与 节点正交的梁对于节点抗扭承载力的有利影响,所 建立的计算公式偏于保守。 参考文献 [1]Hsu H L,Wang C L.Flexuraltorsional behaviour of steel rein forced concrete members subjected to repeated loading[J].Earth quake Engineering and Structural Dynamics,2000,29667-682. [2]雷强.型钢混凝土受扭构件的非线性有限元分析[D].西 安西安建筑科技大学,2007. [3]李红波.型钢混凝土构件受扭受扭试验研究[D].重庆重庆 大学,2008. [4]赵鸿铁.钢与混凝土组合结构[M].北京科学出版社,2001. [5] Boresi A P,Sidebottom M O.Advanced Mechanics of Materials [M].New YorkWiley,1985. [6] 武启明.型钢混凝土异形柱框架角节点承载力有限元分析 [D].西安西安建筑科技大学,2010. [7]石亦平,周玉蓉.ABAQUS有限元分析实例详解[M].北京机 械工业出版社,2006.

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