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巨型钢管混凝土斜交网格外筒+钢筋混凝土内筒构成的筒中筒体系是一种侧向刚度大、承载力高的新型结构体系,其主要以外筒斜柱的轴力来抵抗水平荷载(包括风荷载和地震作用)引起的倾覆力矩,适合在超高层建筑中推广应用。对于这种新型结构体系,其组成的关键就是钢管混凝土柱斜向相贯节点。
钢管混凝土柱斜向相贯节点是一种新型的钢管混凝土节点,在现有的理论及工程经验中尚无针对该种节点的深入研究。本文将通过缩尺模型试验以及有限元分析的方法,对钢管混凝土柱斜向相贯节点的受力性能、破坏形态以及承载能力等方面进行研究分析,最后将根据试验及有限元分析等的结果,提出该种节点的简化设计方法。
本文主要内容包括:
1)分别进行了两期(共16个试件)钢管混凝土柱斜向相贯节点试验。其中,一期节点试验(共8个试件)为平面节点试验,即无考虑节点平面外角度:二期节点试验(共8个试件)为空间节点试验,是在一期节点试验的基础上,补充考虑了节点平面外角度,以及环梁和拉梁等对节点受力的影响。试验结果表明:①该种节点的构造措施合理,节点承载能力满足设计要求,受力性能安全可靠;②节点共出现两种破坏形态,节点区外杆件破坏(α=35°试件)、节点区和节点区外杆件同时破坏(α=20°试件);③α=20°试件因受到加载装置的限制,其节点区外杆件长度比实际缩尺要求短,若按照实际要求的杆件较大长细比,α=20°试件的破坏形态也将可以实现为节点区外杆件破坏;④所有试件均表现为约束混凝土的受力特点。
2)利用ANSYS软件对节点进行有限元分析,为上述试验的结果提供理论依据,并对试验中一些无法直接弄清楚的问题进行补充。
3)根据试验及有限元分析的结果,基于约束混凝土原理,研究并提出钢管混凝土柱斜向相贯节点简化设计方法。利用该方法对一期节点试件进行计算,从计算结果可知,该简化设计方法偏于安全,且精度满足工程要求,适合在工程中推广应用。