钢管混凝土柱转换托架式节点有限元研究

目前在钢箱梁的节点连接中,一般是将钢箱梁末端直接焊接到支撑钢构件的表面,这种连接方式不仅对焊接的技术要求很高,而且焊缝处也容易产生缺陷,造成焊缝开裂。针对钢箱梁焊接时存在的问题,研究了一种新型的装配式钢箱梁节点连接类型——转换托架式节点,它采用螺栓连接而非焊接的方式实现钢箱梁的安装,其中螺栓为单边螺栓。转换托架式节点是在钢箱梁和钢管混凝土柱之间引入一个转换托架,其基本组成构件包括一个较短的中连梁和在中连梁两端分别焊接的一块端板,包括与钢箱梁连接的前端板和与钢管混凝土柱连接的后端板。根据连接方式的不同,转换托架式节点可分为牛腿式和外伸后端板式两种形式。首先给出了节点的详细构造,并验证了节点有限元模型的有效性;其次进行了细致的参数分析,研究了中连梁长度、翼缘厚度和宽度、端板厚度对节点性能的影响,并对比分析了两类节点的破坏模式。结果表明:转换托架式节点可能的破坏模式包括中连梁的大面积屈服破坏、下翼缘的受压屈曲、钢箱梁的屈服破坏、前端板的受拉破坏、后端板的受拉屈服变形过大、螺栓的受拉屈服;中连梁长度的增加对节点初始刚度和承载力的影响较小,但中连梁的长度会影响到梁上的应力分布,当长度增加时,梁上的应力水平会降低;但中连梁过长并不能有效提升节点的性能,故中连梁长度最小应能保证扭矩扳手的操作空间,最大不应影响钢箱梁力学性能的发挥;提高中连梁截面尺寸能够提高节点的承载力,随着截面尺寸的增大,梁的塑性铰会逐渐向钢箱梁上转移,通过改变中连梁的截面尺寸,可以达到控制塑性铰出现位置的目的;牛腿式节点中的后端板和外伸后端板式节点的前端板的厚度对节点性能的影响较小,而牛腿式节点中的前端板和外伸后端板式节点的后端板的厚度对节点性能的影响较大,板厚度不同时,节点的承载力曲线往往有较大差别。