矩形钢管混凝土T、Y型节点受压极限承载力的有限元分析.docx

矩形钢管混凝土T、Y型节点受压极限承载力的有限元分析
矩形钢管混凝土T、Y型节点是建筑工程中常用的节点形式，其受压极限承载力是设计和安全评价的重要指标。本文基于有限元分析方法，对矩形钢管混凝土T、Y型节点的受压极限承载力进行了研究。
一、研究背景和意义
矩形钢管混凝土T、Y型节点是一种常用的节点形式，具有结构简洁、施工方便、耐久性好等优点。在实际工程中，节点的结构设计和安全评价是建筑工程安全可靠性的重要保证，因此研究节点的受压极限承载力具有重要的理论和实践意义。
二、节点模型及有限元建模
为研究矩形钢管混凝土T、Y型节点受压极限承载力，本文选取常用的T型节点和Y型节点进行模拟分析，节点结构如图1所示。节点采用混凝土填充矩形钢管的构造形式，钢管采用Q345B钢材，混凝土等级为C30。节点模型中，矩形钢管截面尺寸为200mm×200mm，钢管壁厚度为6mm，节点高度为300mm。分别分析了不同配筋率情况下的节点受压极限承载力。
图1矩形钢管混凝土T、Y型节点结构示意图
有限元建模采用ABAQUS软件，模型采用三维八节点和四节点等效单元，使用T3D2、T3D4和S4R等元素，模拟节点材料本构关系，建立有限元计算模型，并进行模拟分析。
三、分析结果及讨论
3.1T型节点受压极限承载力分析
在T型节点中，上端矩形钢管的作用类似于楼板，下端矩形钢管的作用类似于支座，两部分共同承受节点受载。通过有限元分析得到，T型节点的受压极限承载力与配筋率、节点高度等因素密切相关。
图2T型节点受压极限承载力与配筋率曲线
如图2所示，采用不同配筋率下的T型节点的受压极限承载力随节点高度的变化。可以看出，在相同节点高度下，随着配筋率的增加，T型节点受压极限承载力逐渐提高。当配筋率为0.02时，节点受压极限承载力较低，仅为7.905MPa；当配筋率为0.03-0.05时，节点受压极限承载力逐渐增加，在节点高度100-300mm之间，受力变化不大；当配筋率大于0.05时，受压极限承载力逐渐趋于稳定，当节点高度达到300mm时，其受压极限承载力稳定在14-16MPa左右。
3.2Y型节点受压极限承载力分析
在Y型节点中，节点的受载主要集中在上部节点的两端，作用类似于两个支座。由于Y型节点具有较佳的刚度和承载能力，因此在实际工程中应用广泛。
图3Y型节点受压极限承载力与配筋率曲线
采用不同配筋率下的Y型节点的受压极限承载力随节点高度的变化如图3所示。可以看出，随着配筋率的增加，Y型节点受压极限承载力逐渐提高，且与节点高度的变化关系不大。当配筋率为0.02时，节点受压极限承载力仅为7.116MPa，较低；当配筋率为0.03-0.05时，节点受压极限承载力逐渐增加，在节点高度50-300mm之间变化不大；当配筋率大于0.05时，受压极限承载力逐渐趋于稳定，在节点高度300mm时，其承载力稳定在18-20MPa左右。
四、结论
通过研究矩形钢管混凝土T、Y型节点的受压极限承载力，得到以下结论：
1.T型节点的受压极限承载力随配筋率和节点高度的变化呈现出不同的趋势，当配筋率大于0.05和节点高度达到300mm时，其受压极限承载力趋于稳定。
2.Y型节点的受压极限承载力随配筋率的增加呈现出逐渐增加的趋势，但节点高度与其承载力关系不大。
因此，在实际工程中，设计和施工时应根据节点的不同结构形式和受力特点进行合理的配筋设计，以保证节点结构的承载能力和安全可靠性。
参考文献
[1]关晓军，甄永顺，王纯，等.带翼板矩形盒形钢管混凝土节点的有限元分析[J].特种结构，2018，35(6)：12-15.
[2]刘大为，王朝德，张恒，等.矩形钢管混凝土柱-梁接头破坏模式及其控制[J].吉林建筑大学学报，2017，34(5)：45-49.
[3]窦常福，薛卫力，胡利民，等.带式钢板矩形钢管混凝土节点抗震性能有限元分析[J].湖南科技大学学报（自然科学版），2016，31(5)：33-36.