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鋼管混凝土新型筒倉柱節點的有限元分析

發布于:2020-09-07 18:35
有限元分析

       鋼管混凝土結構具有良好的抗震性能,但對于鋼管混凝土結構在筒倉中的應用研究不多。本文針對筒倉結構的特點,設計一種新型節點型式,對節點的傳力機理和力學性能進行分析,提出了新型節點的初步設計方法,為工程設計人員提供參考。并采用通用有限元軟件中的ANSYS對節點進行非線性有限元分析,驗證所建議節點的承載力。
       鋼管混凝土結構中節點的連接至關重要,文獻總結出下列節點設計原則:必須滿足強柱、弱梁、節點更強的原則,要求節點具有比柱子更大的剛度和整體性;節點構造必須符合計算中采用的簡圖,剛接必須保證構件間的夾角不變,鉸接只傳支座壓力;節點中傳力明確、簡捷,能可靠地傳遞內力;構造簡單,便于制作、安裝和管中硅的澆注、振搗;盡可能節約鋼材;建筑外形簡潔等。
       所設計節點主要應用于鋼管混凝土柱與筒倉下環梁的連接,由環形頂板、鋼筋箍、插筋組成,插筋錨人環梁內。
       從結構空間受力分析可知,鋼管混凝土柱頂端與筒倉下環梁連接處有軸力N,彎矩M、剪力V等多種復雜內力。鋼管混凝土柱受到豎向軸壓力、地震作用時水平剪力以及柱端彎矩、梁端剪力由環形頂板承擔,節點構造設計必須要確保能可靠傳遞上述各種內力,又要構造簡單合理,便于施工。
       設計中根據鋼管柱頂的各種內力,按等截面的普通鋼筋混凝土壓彎構件計算出所需要的縱向鋼筋,然后把這些鋼筋下部插人鋼管柱核心混凝土中,上部伸人筒倉下環梁中錨固,并配置箍筋形成鋼筋籠。為了改善筒倉下環梁底部與鋼管壁連接處的局部承壓,在鋼管頂端焊接一個鋼筋箍及鋼板圓環。環形頂板厚度,頂板面積決定于筒倉下環梁混凝土的局部承壓強度;一般環板頂板上的圓孔直徑D,具體由計算確定,環板與鋼管焊接,D是鋼管外直徑;焊縫強度按混凝土的全部局壓力計算,際是環板面積,fc是筒倉下環梁混凝土的抗壓強度設計值;插筋在筒倉下環梁中的錨固長度按鋼筋混凝土環梁的設計要求,插筋下部插人鋼管柱核心混凝土中的長度按鋼筋混凝土柱計算錨固長度留置。
       繞鋼管柱鋼管一周焊一直徑的鋼筋,對鋼管端部進行加強,以提高鋼管端部在各種作用力下的抗撕裂能力。同時,環形頂板的設置,不僅可以增加鋼管混凝土柱柱端的承壓面積,而且可以增強鋼管與核心混凝土的共同受力。必要時,可在環形頂板下部沿鋼管柱周長設置加勁肋,以承擔梁端剪力。
       混凝土和鋼管采用ANSYS單元庫中的8節點Solid45單元,每個節點有X,Y,Z方向的3個自由度。鋼筋采用2節點LINK8單元,每個節點有X,Y,Z方向的3個自由度。鋼管、鋼筋與混凝土之間的粘結假定為完全粘結。材料特性選各向同性材料,彈性模量和泊松比是基本參數。由于要進行非線性計算,還要選塑性選頂,對于混凝土選Drucker-Prager材料,對于鋼管與鋼筋選BKIN(雙線性隨動強化)材料。


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