沈阳建筑大学土木工程学院 辽宁沈阳 110168
摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也有了很大的提高。钢管混凝土组合柱是我国自主研发的一种新型建筑结构构件。它较钢筋混凝土柱和钢骨混凝土柱具有更优良的抗压性能和抗震性能。目前组合柱节点研究较少，常用节点有环梁法、钢牛腿法以及钢板翅片转换型等连接方法，但是该节点的使用都存有局限性，基于此文章根据现有的某项工程为背景提出一种新型的穿筋节点连接方式。文章利用ABAQUS研究该类节点的力学性能。主要成果如下：综合考虑了材料的本构、混凝土损伤、钢管和混凝土的接触、纵筋和混凝土的接触关系等，建立有限元模型，并利用其他文献试验数据验证文章的研究思路，通过模拟计算得出的数据与试验数据相比较发现两者的数据较吻合，保证了文章研究思路的准确性。文章根据得出的最优开孔方式和加强方式进行往复荷载作用下的抗震性能分析，通过得到的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线及累积耗能-相对位移曲线等分析表明穿筋节点有较好的抗震性能，另外使用同样的配筋建立相应的环梁节点，将两种节点的抗震性能比较得出穿筋节点的抗震性能较好。最后深入分析了穿筋节点在往复荷载作用下的受力状态，得出该节点有较好的强度，能满足强节点弱构件的原则。
关键词：钢管混凝土组合柱；钢筋混凝土梁节点；力学性能研究
引言
钢管混凝土组合柱（以下简称为组合柱）是由截面中部的钢管混凝土和钢管外的钢筋混凝土组合而成的柱。组合柱根据浇筑的时间可分为同期和不同期，管内外混凝土同期浇筑的称为组合柱，反之为叠合柱。钢管混凝土组合柱是我国自主研发的一种新型建筑结构构件。组合柱由于具有承载力高、抗震性能好和施工较方便的特点，适用于我国非抗震和抗震设防区的建筑结构。组合柱是在施工初期，先固定钢管以其为模板，在管外绑扎好钢筋后同时浇筑内外混凝土，即形成组合柱。它同时兼有混凝土和钢结构的优越性能，又能充分利用混凝土抗压性能好和钢管强度高、韧性好、塑性好等优点，通过外围混凝土和钢管对钢管内的混凝土的约束作用，提高了混凝土抗压能力，增强了柱子的承载能力、抗震能力，同时与钢筋混凝土柱相比较，减小了柱子的截面面积，增大建筑的使用面积。钢管混凝土组合柱中的钢管施工便利，它可以在工厂加工结束后再运送到现场就可以直接吊装对接，施工现场只用对钢管采用对接焊和连接节点的焊接，钢管内的混凝土选用自密实混凝土，高层中混凝土采用泵送或水下混凝土浇筑等其他形式浇注。
1组合柱节点种类
作为连接钢管混凝土组合柱和钢筋混凝土梁的节点的重要性不言而喻，当然不同形式的节点，其受力性能、施工工艺、刚度、延性等耗能能力均有所差别，目前工程上常用的节点有：
（1）加强环节点
加强环节点是根据《钢管混凝土结构技术规程》所选用的的节点型式之一，因为剪力传递方式的不同，可分为加强环肋板式节点、加强环承重销式节点、加强环穿心钢板式节点等，但节点的基本工作原理是一致的，也就是利用上下加强环分别承受拉压力，形成力偶来抵抗梁端弯矩。同时也利用垂直肋板、型钢承重销、穿心钢板、明牛腿等来传递梁端剪力。根据哈尔滨建筑工业大学试验研究表明该节点滞回曲线饱满，位移延性系数高，有较好的抗震性能和抗剪承载力。加强环式节点是到目前为止使用效果最好、使用范围较广的一种节点，该节点的传力路径明确简洁，整体性能好，节点的承载力高，刚度大，在适当的截面设计下能够实现“强柱、弱梁、强节点”的抗震设计要求，其力学性能也比较优越，且用于钢梁与钢管柱的连接施工中比较方便，是一种综合性能较好的节点。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但节点的耗钢量较大，环梁与框架梁的钢筋焊接麻烦，造成梁钢筋笼就位困难，增加加施工难度，而且节点在工程使用中的适应性和灵活性较差，加强环在钢管柱和钢梁的连接节点使用中可设置在钢管外侧，如果钢管柱直径过大时，加强环则可设置在钢管内侧，同时兼作抗剪连接件。
（2）抗剪环梁式节点
环梁节点是在圆钢管混凝土柱外绑扎一道环梁，环梁由环向钢筋和箍筋构成，绑扎后浇筑混凝土即成，框架梁上的钢筋锚入环梁中，将弯矩传递给环梁，环梁和钢管的接触面焊接一到两根抗剪环，梁上的剪力通过环梁中部的抗剪环传递给柱子。国内许多工程都使用该节点，另外也有专家学者进行了多批节点模型试验，如节点静力试验和节点模型低周反复荷载试验。该节点没有对钢管穿孔也容易和梁板相连，与型钢牛腿相比在施工上和经济上有明显的优势。但目前钢筋混凝土环梁节点存在一定的问题，因为钢管混凝土柱在使用中弯矩分配不强，导致节点的刚度存在问题，在施工中环梁钢筋的绑扎使柱内的钢筋密集混凝土的浇筑也存在较大问题，同时节点在剪力的传递上仅靠抗剪环和环梁与钢管的摩擦，其力学性能还需进一步分析。
（3）承重销（穿心钢牛腿）节点
当使用的钢管混凝土柱的柱径大于600mm时，可选用承重销（穿心钢牛腿）节点形式。承重销即是腹板和上下翼缘焊接而成如图1-5。使用的牛腿腹板穿过钢管后焊接在对面的钢管壁上或者和对面的穿心腹板相焊接，这种措施可以保持钢管混凝土柱的几何稳定性。钢牛腿的截面高度一般为框架梁的一半，另外根据其柱子和梁的位置也可以合理布置穿心刚牛腿。使用全熔透坡口的焊缝形式将穿心钢牛腿和钢管焊接在一起将梁上的剪力传递到钢管混凝土柱上，该节点传力性能好，满足节点使用要求。但是选用穿心钢牛腿作为梁柱节点就存在一些问题，即钢管混凝土柱中的钢管不仅需使用小管径的钢管，而且该节点在在施工现场会增大的施焊量，提高施工难度，另外对钢管内的混凝土的浇筑增加难度降低了施工现场工作效率。因此考虑到施工难易程度与焊接质量的要求，该节点在工程使用中较少。
2节点的抗震性能研究
ABAQUS是一款功能强大的有限元软件，它可以解决许多复杂的力学问题，从简单的线性到复杂的非线性都可以通过它有效处理，因此工程上经常使用到此款软件。ABAQUS拥有非常丰富、可模拟任意形状的单元库，其种类就达433种，为用户提供强大的使用范围，通过细致的网格划分，可以观察到构件中各个单元在荷载下应力值和应变云图，能够细微的反映结构现象。除了常用的结构构件外，ABAQUS也可以比较容易的地模拟管道、复合材料、可压缩的超弹性泡沫材料等实际结构的力学行为。另外它也拥有较多的材料模型，包括材料的接触关系、本构关系等，仅橡胶材料模型就达16种。它可以模拟许多实一际工程中材料的性能，包括土壤、岩石、钢筋混凝土、高分子材料、复合材料等。ABAQUS是一种大型通用的模拟软件，它的使用不仅能有效处理结构分析中的存在的若干问题，而且也能够模拟和研究热传导、质量扩散、电子元器件对的热控制（热一电祸合分析）、土壤、塑性材料和高温蠕变材料等特殊材料等。其中在混凝土中，ABAQUS提供了混凝土开裂模型、混凝土弥散裂缝模型和混凝土塑性损伤模型，它们基于混凝土在静力或动力荷载作混凝土受到损伤而提供不同损伤模型。
结语
文章研究了组合柱的截面形式和钢管开孔特点，对组合柱中钢管不同开孔和加强方式进行了承载力和钢管应力云图对比分析，然后针对得到的承载力较高的两组节点进行受力性能分析。通过比较，选用开孔600X900加框架梁和横竖加劲板约束的效果最好，最后将改进后的组合柱开孔尺寸和加强措施在往复荷载下进行分析，通过得出的滞回曲线、骨架位移曲线，刚度退化曲线，累积耗能曲线等进行分析表明节点有较好的抗震性能。最后分析穿筋节点在往复荷载作用下的受力性能。
参考文献：
[1]黄斌.钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点设计.广东土木与建筑2007.02：29-30.
论文作者:李少良
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第21期
论文发表时间:2018/10/23
标签：节点论文; 钢管论文; 混凝土论文; 组合论文; 性能论文; 钢筋混凝土论文; 筋节论文; 《建筑模拟》2018年第21期论文;