方钢管混凝土柱-钢梁组合节点试验研究的对比分析:钢梁与混凝土梁节点
时间：2019-03-31 03:26:16 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】 本文介绍了方形钢管混凝土柱-钢梁隔板式连接节点在国内外的研究现状，对比分析了方钢管混凝土柱-钢梁组合节点试验试件的破坏模式以及加载制度，并对今后的试验研究需要进一步解决的问题进行了探讨。
【关键词 】 方钢管混凝土柱-钢梁; 节点试验;破坏模式;加载模式
【 abstract 】 this paper introduces the concrete filled steel tube column-square steel partition type connected node in the domestic and foreign research status, comparison and analysis of the concrete filled steel tube column-the party steel beam combination node test specimen failure mode and loading system, and future research needs further testing to solve the problems are discussed.
【 keywords 】 party CFST column-steel beam; Node test; Failure mode; Loading mode
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
方钢管混凝土结构具有强度高、延性好、耐火强、抗震性能优越等特点，连接节点设计及施工简便，成为钢结构住宅、多高层建筑发展的一个重要方向。
一、国外的试验研究现状
1985年，Mastui首次提出并研究了外隔板式和隔板贯通式节点，进行了6个方钢管混凝土柱-宽翼缘钢梁外隔板和隔板贯通节点试件的静力试验研究,提出了两种节点的容许抗弯承载力计算公式，被日本建筑学会AIJ（1987）规范所采用。
1995年，Koji Morita 等通过对水平和竖直内隔板式节点的拟静力试验研究，首次利用了屈服线理论得出了节点的抗拉及抗剪承载力计算公式。同时还对梁柱偏心连接的内隔板节点进行了试验研究。
1995年，Jong Seok，SHIN等对开圆孔和方孔的内隔板式节点进行了拟静力试验研究。试验证明，开圆孔节点比开方孔节点具有更好的强度和塑性变形能力。对于开圆孔的试件，开孔率为50%时不会降低节点的强度。
1996年，Morino. S等进行了10个三维内隔板节点的拟静力试验研究，试验节点按节点区剪切和柱子弯曲破坏两种模式设计。试验结果证明，节点域剪切破坏比柱子弯曲破坏具有更好的变形和耗能能力。
2000-2004年，Fujimoto、 Nishiyama 等对10个（7个中柱节点、3个边柱节点和1个空间节点）1：2比例的隔板贯通节点和1个外隔板节点进行了低周反复荷载试验研究，试验研究结果表明，节点区的屈服控制着试件的工作性能。
2005年Fukumoto等对高强钢管混凝土柱-钢梁节点试件进行了试验研究，试验设计了3个方钢管混凝土柱-钢梁内隔板“弱节点域”构件、1个方钢管混凝土柱-钢梁内隔板“强柱弱梁型”构件。对“弱节点域”构件进行柱顶无轴力的单调梁端加载，对“强柱弱梁型”构件，柱顶施加轴力（轴压比为0.4），梁端施加往复荷载。主要研究了节点核心区的弹塑性力学特性。
国内的试验研究现状
1998年，同济大学吕西林等在国内首先对十字形连接的内隔板式节点进行了研究，采用静力拉伸试验方法，通过柱翼缘、梁翼缘和内隔板上的应变测量，研究了内隔板式节点的应力传递机制，得出了基于屈服线理论的方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的受拉承载力计算公式。
随后吕西林等又对5个（1:3比例）方钢管混凝土柱与H型钢梁全焊内隔板节点的抗震性能进行了研究，并根据屈服线理论同时参考Morita等人的研究成果，提出了内隔板式节点的抗剪承载力计算公式。
2003-2005年，王来等设计了一榀三层两跨的方钢管混凝土框架模型，梁柱节点为内隔板式节点，即工字形梁上下翼缘与柱子的连接采用坡口对接焊接连接。采用拟静力试验方法，研究了方钢管混凝土框架内隔板节点的荷载-位移曲线、节点延性、节点破坏机制和破坏特点等抗震性能。
2004年，周天华等对内隔板节点进行了低周反复加载试验，取6个平面十字形足尺节点试件，分为梁端栓焊连接和全对焊连接两组作对比，均在柱顶施加恒定轴向力，柱端施加水平低周往复荷载。试验中所有试件均为梁端破坏，证明了两种连接的内隔板节点均具有良好的抗震性能。
2005年，清华大学聂建国等首次研究了轴压力对内隔板式节点柱翼缘及内隔板抗拉承载力的影响，提出了考虑轴压力影响时节点的抗弯承载力计算公式，同时研究了考虑混凝土楼板作用的节点抗弯承载力，提出了3块内隔板情况下的节点抗弯承载力计算方法。
2007年，李黎明、陈志华等对3个十字形足尺隔板贯通式节点试件进行了拟静力试验，采用柱顶施加轴力，梁端施加反对称荷载的加载方案。试件设计为“强柱弱梁”型，结果均为梁根部和隔板连接处附件梁翼缘破坏。
2005-2007年，金刚等对7个缩尺内隔板式节点试件进行了低周反复荷载试验，对吕西林提出的受拉承载力公式进行了修正。
2008年，徐礼华等根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式，对5个“十”字形中柱节点（1:2比例）隔板贯穿式节点试件进行了低周反复荷载试验。
2009年，姜忻良等人对4个十字形足尺的方钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通节点试件进行低周反复加载试验。试件最后均在钢梁与隔板连接处发生破坏，属于典型的“强柱弱梁”试件。
2010年，徐成祥等设计了1:2比例的方钢管混凝土-钢梁组合框架中间层中柱节点（＋）、中间层边柱节点（╟）、顶层边柱节点（╓）三种模型，进行了低周反复荷载作用下的抗震性能试验：节点在钢梁翼缘与侧板连接角隅处产生应力集中现象；在相同材料和截面尺寸条件下，顶层边柱节点比中间层中柱节点和中间层边柱节点提前达到屈服，其极限承载力介于后两者之间；三种节点滞回曲线均比较饱满，具有良好的耗能能力，节点延性均较好。
2010年，潘建荣等主要研究了节点的受力性能和半钢特性，提出了只含几何参数的钢混凝土组合梁-钢管混凝土柱加强环式节点的弯矩-转角幂函数公式。
试验研究的对比分析
试验试件的破坏模式
国内进行的方钢管混凝土柱-钢梁节点试验研究，试件绝大部分都是按照规范设计为“强柱弱梁节点更强”型节点，而对“弱节点域”节点研究很少。试件的破坏大多为梁端破坏、连接区破坏以及由于连接失效后导致的柱壁撕裂破坏等形式，节点域未达到极限状态，甚至还处于弹性状态，无法获得节点核心区的力学性能和传力机理。
试验试件的加载模式
试验研究主要集中在静力性能方面，主要包括节点的轴压承载力、弯矩和剪力的传递方式等。拟静力试验由于其良好的经济性和实用性在研究中被广泛应用。大部分节点试验试件模型取承重框架梁柱反弯点之间的一个平面组合体，也就是常说的“十字形”中柱节点，采用电液伺服结构试验机进行低周反复循环加载，根据加载位置的不同可分为柱端加载和梁端加载两种类型分别如图1（a）和图1（b）所示。
图1（a） 柱端加载
图1（b） 梁端加载
从现有的试验研究成果来看，各个试验中所设计的方钢管混凝土-钢梁节点的荷载-位移曲线均较为饱满，试件的变形与延性也都比较理想，表现出了良好的抗震性能。但是，现有研究都只局限于某一种具体的节点形式，缺乏连贯性和系统性，试验焦点也集中在节点承载力上，对受力机理和设计方法还不够深入，试验结论实用性较窄，无法推广应用。
试验研究参数
由于试验条件的限制，现有研究一般只包括轴压比，材料强度等少数，且现有的试验研究都是在较小的轴压比下完成的，并不能真正反映工程实际情况。
结语
针对方钢管混凝土柱-钢梁隔板式连接节点的试验研究，笔者认为今后还应该在以下几个方面进一步开展研究：
现有的试验研究缺乏连贯性和系统性，试验焦点也集中在节点承载力上，对受力机理和设计方法还不够深入,应在零散的试验数据的基础上，统一计算理论；
缺少对边节点、空间节点的试验研究，目前对十字形中柱节点的研究比较集中，对已获得的研究成果，是否能修正后应用到边柱节点及空间节点中，还需要进一步的试验研究和理论分析。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
