钢结构梁柱连接空间铸钢节点

梁柱连接节点作为钢框架结构的传力枢纽以及各种构件的约束条件,对框架结构的承载力有着十分显著的影响。传统的梁柱连接节点力学性能研究多侧重于平面梁柱连接节点,而实际工程中,梁柱连接节点大多数是承受双向荷载作用空间节点,平面节点的受力模式和破坏方式往往不能完全反映结构在实际使用中的双向受力状态。本文以方钢管柱和圆钢管柱-H形钢梁梁柱连接空间铸钢节点作为研究对象,采用了理论分析方法和有限元数值模拟方法,对双向弯矩共同加载条件下的节点抗弯承载力性能展开了一系列的分析和研究。

（1）采用微元体应力分析结合有限元模拟方法,对双向等弯矩共同作用下的方钢管柱-H形钢梁梁柱连接空间铸钢节点的破坏模式进行分析。分析表明铸钢连接件环板角点区域的材料破坏引发了节点屈服。基于上述破坏模式,提出基于Von Mises屈服准则的方钢管柱空间铸钢节点抗弯承载力理论计算公式。

（2）根据圆钢管柱-H形钢梁梁柱连接空间铸钢节点在双向荷载作用下的受力特点,分别采用微元体应力分析方法和改进的屈服线理论,对节点在双向对称弯矩作用下的受力机理进行分析,并基于分析结果分别提出双向荷载作用下铸钢连接件环板抗拉承载力和钢管柱正面壳抗拉承载力理论计算公式,组合后得到圆钢管柱-H形钢梁梁柱连接空间铸钢节点抗弯承载力公式。

（3）通过有限元参数化分析,对本文提出的方钢管柱和圆钢管柱-H形钢梁梁柱连接空间铸钢节点抗弯承载力理论有效性进行验证,并且分析了空间梁柱节点相对于平面梁柱节点的抗弯承载力折减情况。结果表明,对于方钢管柱梁柱连接铸钢节点,有限元模拟得到的空间节点抗弯承载力折减率约为16.6%,理论折减率为18.4%,两者仅相差1.8%;对于圆钢管柱梁柱连接铸钢节点,有限元模拟得到的空间节点抗弯承载力折减率约为31.2%,理论折减率约为27.5%,两者相差3.7%,双向弯矩作用在节点上的耦合效应显著。

（4）通过有限元数值模拟方法,对双向任意弯矩共同作用下的方钢管柱和圆钢管柱-H形钢梁梁柱连接空间铸钢节点抗弯承载力变化规律进行分析。基于节点抗弯承载力变化规律,采用Lagrange线性插值方法分别提出双向任意弯矩共同作用下方钢管柱和圆钢管柱-H形钢梁梁柱连接空间铸钢节点的抗弯承载力理论计算方法,为类似条件下节点的抗弯承载力研究和设计提供了参考。