钢管混凝土斜交网格筒节点设计方法

176 附录附录 E 钢管混凝土斜交网格筒节点设计方法钢管混凝土斜交网格筒节点设计方法 E 0 1 钢管混凝土斜交网格筒节点构造如图E 0 1 1所示 计算简图如图E 0 1 2所示 条文说明 基于约束混凝土的概念 根据有限元分析及试验结果 提出节点的简化设计方法 与 试验结果对比 简化设计方法的计算结果偏于安全 该节点在构造上和受力上均较合理 构造方面 通过设置椭圆连接板和外加强环 把相贯钢管连成 一个整体 具有必要的刚度和承载力 并方便管内混凝土浇注 受力方面 在弹性阶段 椭圆连接板基 本以承受竖向荷载为主 钢管相贯最小断面处 混凝土面积削弱最大 而此处连接板面积最大 刚好互 为补充 在弹塑性阶段 连接板中部以承受竖向荷载为主 横向应力较小 连接板端部的应力分布则刚好与 中部相反 以承受横向拉力为主 整个连接板的 von Mises 应力基本均匀 说明连接板强度被充分利用 十分经济合理 另外 在钢管相贯最小断面处 通过设置外加强环提高钢管的套箍效应 其效果也是明 显的 图 E 0 1 1 节点构造 图 E 0 1 2 节点计算简图 E 0 2 节点区钢管的横截面面积按下式计算 cc s s f A A f E 0 2 1 当节点区承受的竖向力达到最大 即 12 NN 时 11cossin 12 1cos 1 22 l E 0 2 1 式中 构件钢管混凝土的套箍指标 按附录 F 计算 节点区钢管混凝土的套箍指标 钢管斜交角度 Ac 钢管内的核心混凝土横截面面积 s A 节点区钢管的横截面面积 177 c f 核心混凝土的抗压强度设计值 s f 节点区钢管的抗拉 抗压强度设计值 l 考虑长细比影响的承载力折减系数 按本附录第 F 1 4 条的规定确定 节点区混凝土与构件混凝土强度设计值的比值 cc ff 条文说明 对照计算简图 E 0 1 2 该计算式推导过程如下 1 作用于破坏面上的轴力N 12 cos 1 sincos 2 222 tan 1tan 2222 a NNN ab d ab ddd b 2 2 sincos 1tan 3 22222 sincos 1tan 22222 1 sinsincos 222 sincos 222 90 1cos1cos sin cos 2222 dd a dd a d ab a ab 12 1cossin1cossin 1 222 1cossin cos 4 2 NNN 当 12 NNN 时 N 1cossin 1cos 2 N 5 2 钢管混凝土短柱轴心受压的承载力 0 1 2 cc Nf A 6 ss cc f A f A 7 式中 0 N 钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值 套箍指标 c f 混凝土轴心抗压强度 c A 核心混凝土截面面积 178 o NN 8 eLo 9 4 o ld 时 10 1 1 54 o L l d 10 4 o ld 时 L 1 11 1 55 o c e r 时 1 11 8 5 o e e e r 12 1 55 o c e r 时 0 4 eoe er 13 0 l 计算长度 c r 核心混凝土的半径 o e 柱较大弯矩端的轴向压力对构件形心的偏心矩 o eM N 节点设计中 取钢管混凝土短柱轴心受压的承载力 0 1 2 cc Nf A 计算结果偏于安全 3 按节点与构件等强的原则进行设计 构件 1 2 olecc NNf A 14 节点 12 lecc Nf A 15 在节点处取 l 1 e e c f c f 近似 cc AA 有 1 2 ecc Nf A 16 由式 4 14 15 令 12 NNN 有 1coss i n 1cos 2 NN 1cossin 12 1cos 2 lecc f A 1 2 ecc f A 1cossin 12 12 1cos 2 l 得 11cossin 12 1cos 1 22 l 17 4 按钢管混凝土柱承受的最大作用力的 k 倍进行设计 1 1 2 ecc kN fA 18 179 求得 后 可由 ss cc f A f A 得到 S A 5 经试验研究 弹塑性有限元分析结果与试件静载试验结果比较吻合 且偏于安全 表明其力学 模型及分析参数的选取基本合理 模型研究结果表明 采取适当加大节点区钢管壁厚 或适当提高节点区的混凝土强度等级等加强措 施可满足强节点弱构件的抗震设计要求 节点区的破坏呈约束混凝土的特征 在试验和理论分析的基础上提出节点的简化设计计算方法 计算 结果与试验和有限元分析的结果相比偏于安全 可用于实际工程设计 6 算例 1 广州西塔节点试件 B3 钢管混凝土斜柱交角 35o 钢管混凝土柱钢管299 14 Q235 钢 C60 混凝土 0 35 222 0 07 0 0576 123 cs Am AmAcm 钢材实测屈服强度 270 s fMpa 混凝土实测强度 C59 5 38 2 ck fMpa 钢管混凝土柱套箍系数 123 27 1 50 0 0576 38200 短柱承载力 0 0 0576 38200 1 2 1 5 8800NKn 实测 0 7500 7500 0 852 8800 N NKn N 节点钢管直径 用料同钢管混凝土柱 1 由式 17 2 2 11cos35sin35 0 852 12 1 5 1cos35 1 2 07 22 0 0576382002 075324 168 700168532 26 27 299260 19 5 2 scsc AcmAAAcm dcm tmm 按本设计方法 节点钢管壁厚需 19 5mm 但实际试件节点钢管壁厚为 14mm 从试验结果看 已可 与构件等强 7 算例 2 广州西塔节点试件 B1 钢管混凝土斜柱交角 20 钢管混凝土柱钢管299 14 Q235钢 C60混凝土 0 20 222 0 07 0 0576 123 cs Am AmAcm 钢材实测屈服强度270 s fMpa 混凝土实测强度 C59 5 38 2 ck fMpa 钢管混凝土柱套箍系数 123 27 1 50 0 0576 38200 短柱承载力 0 0 0576 38200 1 2 1 5 8800NKn 180 实测 0 7250 7250 0 823 8800 N NKn N 节点钢管直径 用料同钢管混凝土柱 1 由式 17 2 2 11cos20sin20 0 823 12 1 5 1cos20 1 2 38 22 0 0576 382002 385064 194 700194506 25 4 27 299254 22 5 2 scsc AcmAAAcm dcm tmm E 0 3 椭圆连接板板厚度按下式确定 tE 2t E 0 3 式中 tE 节点椭圆连接板厚 t 管混凝土柱钢管壁厚 条文说明 在两钢管混凝土柱相贯的起点 两圆相切 过切点的切线与椭圆连接板平行 由此处 分离体的平衡条件 可得 EE 2tt 式中 tE为节点椭圆拉板厚 E 为椭圆拉板的横向拉应力 t 为钢管混凝土柱钢管壁厚 为钢管 混凝土柱钢管环向拉应力 当 E s f时 得 tE 2t 过此切点 椭圆拉板的横向拉应力逐渐减少 竖向压应力逐渐增加 在节点中部附近 椭圆拉板主 要起传递轴向压力 减少混凝土压应力的作用