大直径钢管混凝土柱-H形钢梁节点设计研究

作者:admin 单位:中国工程建设标准化协会

范重中国建筑设计院有限公司总工程师、全国工程勘察设计大师

大直径钢管混凝土柱—H形钢梁节点的连接构造不仅影响到超高层结构的安全性，同时也影响结构用钢量与经济性。框架梁的内力通过节点传递给钢管混凝土框架柱，H形钢梁上、下翼缘主要传递弯矩，腹板主要传递剪力。根据国外学者多年来对钢管混凝土柱与H形钢梁节点的研究成果，外环节点、内环节点及穿心节点三种形式较为常用。
梁柱节点传力的有效性与柱、梁的相对尺寸有关，对于大直径钢管混凝土柱，梁翼缘的宽度远小于框架柱直径，梁端内力通过钢管柱外壁传给节点环板与柱内混凝土，传力有效性有所减弱。当内环宽度过大时，不仅会影响混凝土浇筑的施工质量，还将引起用钢量明显增加；当内环宽度过小时，可能引起节点承载力与刚度不足，造成安全隐患。
在传统内环板节点的基础上，提出一种适用于大直径钢管混凝土柱的梁柱节点。为了避免内环板宽度过大造成混凝土浇筑困难、用钢量较大的问题，在内环板焊接拉结钢筋，可以显著改善内环板传力的直接性，便于在钢管柱内设置钢筋笼。为避免钢柱表面发生层状撕裂，局部加大梁端翼缘宽度，并通过计算分析合理确定梁端扩翼宽度与扩翼角度。采用非线性有限元软件，对节点构造与应力分布、变形性能的关系进行分析。通过对比分析得到梁柱节点的刚域长度，并对刚域长度与框架梁抗弯刚度的关系进行研究。为了验证新型节点设计的合理性，进行钢管混凝土柱-H形钢梁缩尺模型试验。有限元分析与缩尺模型试验结果表明，节点拉结钢筋可以提高内环板传力的直接性，有效减小节点应力，避免内环宽度过大引起的混凝土浇筑困难等问题，抗震性能良好。