钢管混凝土柱与桁架两种端板形式连接节点有限元分析

朱浩 赵娜

宿迁学院（223800）

钢管混凝土柱与桁架两种端板形式连接节点有限元分析

朱浩 赵娜

宿迁学院（223800）

通过有限元模拟两种端板连接节点，对节点两种端板形式在荷载作用下进行了分析。

钢管混凝土柱；端板形式；有限元分析

钢结构中的端板连接是利用构件端部焊接端板与另一构件的端板或柱翼缘连接的节点形式,通常有外伸式和平齐式两种类型。端板在制造厂与钢梁翼缘腹板相焊接，然后在现场用螺栓与钢柱翼缘(梁柱连接)或端板(梁梁拼接)相连接，螺栓大多采用高强度螺栓，以提高连接承载力及连接刚度。现场采用高强度螺栓连接,施工速度快,质量容易保证。随着多层钢框架和门式刚架轻型房屋钢结构在我国的应用越来越多,端板连接也逐渐采用。

目前国内外对钢管混凝土柱与钢梁连接节点的研究较多，也取得一定的成果，但对钢管混凝土柱与桁架的节点形式研究较少，主要有内隔板节点形式和外隔板节点形式等。内隔板节点应用于柱截面较大的情况，当边长较小时不仅焊接困难，而且妨碍管内混凝土的浇灌。外隔板节点施工简单，传力明确可靠，且不受钢管边长的限制，但需要足够大的水平环板以保证节点的强度，用钢量比内隔板大。穿心螺栓端板式连接节点是一种新型的节点形式,这种节点形式充分发挥了工厂焊接、工地栓接的施工方式，减少了施工上的不利因素对节点性能的影响。

采用ANSYS有限元软件进行分析时，钢管柱与桁架采用8结点6面体实体单元Solid45。螺栓选用20结点4面体实体单元Solid95，每个结点具有三个自由度。对高强螺栓连接的面面接触问题,采用ANSYS通用程序提供的6结点三角形目标单元（3D Target170）和与之形成接触对的6结点三角形接触单元（3D Conta174）,每个螺栓有三个接触问题：螺栓杆-孔壁、螺栓帽-钢管壁、螺栓头-端板。高强螺栓预拉力采用ANSYS程序提供的预拉力单元Solid179来实现。混凝土采用能够反映混凝土特性的8结点6面体实体单元Solid65。

SJ-1及SJ-2采用平齐式端板连接，现改成外伸式端板连接，保持其他参数不变，端板尺寸如图1所示。其加载点荷载－位移曲线如图2所示。不同端板形式时端板的应力云图（加载点位移为－64 mm）如图3所示。

图1 外伸端板尺寸

图2 不同端板形式时荷载－位移曲线

图3 不同端板形式时端板应力云图

图4 不同端板形式节点变形

由图2可以看出，外伸端板与平齐端板的荷载位移曲线差别不大，节点的刚度、承载力变化不大。正向加载时，平齐式端板的承载力略有提高，反向加载时，外伸端板的承载力较平齐式略有提高。由图3、图4可以看出，不同端板形式的端板上应力分布不同，节点的变形也不同。外伸式端板的应力分布较平齐式均匀，应力集中现象削弱。平齐式端板的变形较大，导致节点域的应力较大。

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