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鋼筋與型鋼連接板焊接連接節點有限元分析

發表時間:2022-04-05 22:08 閱讀:
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      型鋼混凝土組合結構由混凝土、型鋼、縱向鋼筋和箍筋組成,在施工過程中梁柱節點的連接較為復雜,工程中常用鋼筋直螺紋連接器、鋼筋連接板等方式連接。根據《鋼結構設計規范》GB50017—2003以及《高層民用建筑鋼結構技術規程》JGJ99-1998的要求,在上述節點中,集中力對應位置處應設置加勁肋,且鋼柱加勁板凈間距應>150mm。然而在實際工程中,梁的上部(或下部)鋼筋多為多排,故相應鋼筋連接板或鋼筋連接器也為多排,且間距較近,在此鋼筋連接板或鋼筋連接器多排設置的情況下,型鋼柱對應位置處加勁板設置就不能滿足規范>150mm的要求。因此本文通過有限元分析,研究此節點型鋼柱加勁板加設情況對柱翼緣板的側向變形及應力分布的影響。
      陜西永利國際金融中心主樓為框架-核心筒結構,地上46層,地下3層,總建筑面積134223.1m2。外框柱與核心筒暗柱均為型鋼混凝土結構;地下室梁為混凝土梁,鋼筋排布密集,許多鋼筋均需在鋼骨上做連接措施。經與設計及總包溝通后確定,鋼筋與型鋼混凝土連接以鋼筋連接板焊接連接為主,對于焊接困難的第2排鋼筋采用鋼筋套筒連接,鋼筋連接板與對應的加勁板均選用20mm厚Q345B鋼板,鋼筋連接板與鋼柱翼緣等強焊接。
      選取梁寬×高=500mm×600mm的混凝土梁與鋼暗柱H1200×400/500×40×40正交為例,混凝土上、下鋼筋分別為2排6/5,5/5HRB40025鋼筋。節點設計參數如表1所示。鋼筋連接節點如圖1所示。
      本文采用大型通用有限元軟件ABAQUS模擬所選節點的受力特征,研究鋼筋連接板處加勁肋對柱翼緣的應力和位移的影響。
      選取1m高的柱模型,選取受力最不利的上部受拉鋼筋作分析。連接板位于距柱高0.5m處。在軟件中使用C3D20R單元(20節點六面體減縮積分單元)模擬鋼材Q345。
      鋼板的力學性能采用《鋼結構設計規范》GB50017-2003所給出的數據,不同厚度鋼板的屈服應力及彈性模量如表2所示。
      由于本文主要是研究加勁板的受力及位移,所以對加勁板網格進行了細分,采用結構化網格劃分方法,單元大小尺寸控制為10mm,對于H型鋼柱體及連接板同樣采用結構化網格劃分,單元大小尺寸控制為20mm。所建立的模型及網格劃分模型如圖所示。
      為了避免柱兩端約束產生應力集中,在柱兩端同時施加軸心壓力,即在計算模型坐標系的y軸方向,大小取值為柱截面極限抗壓強度的0.45,即9817200N,同時約束x,z向位移。鋼筋連接板所受拉力的大小取為實際鋼筋極限承載力的0.7。節點尺寸如圖3所示。
      在本文的模型分析中,對模型的計算進行了簡化,采用如下假定:本模型分析未考慮混凝土影響,假定節點所用焊縫與柱鋼材材質相同;由于主要研究加勁板對節點的影響,下排鋼筋的連接簡化為連接板連接;不考慮焊接殘余應力的影響;不考慮焊腳尺寸對受力的影響。


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