[发明专利]一种钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓连接节点抗弯承载力和弯矩-转角曲线的计算方法

说明书

本发明公开了一种钢管混凝土柱‑钢梁穿心螺栓连接节点抗弯承载力和弯矩‑转角曲线的计算方法，其中节点抗弯承载力计算如下：计算当节点发生端板或T形件翼缘受弯破坏、穿心螺栓受拉破坏、柱横向受压破坏、节点域受剪破坏、钢梁形成塑性铰破坏时对应的节点抗弯承载力，这五个抗弯承载力的最小值即为节点的实际抗弯承载力，对应的破坏模式为节点的实际破坏模式。节点弯矩‑转角曲线计算如下：通过试验或模拟或理论计算得到节点的初始转动刚度，然后将其和节点抗弯承载力代入提出的节点弯矩‑转角关系的指数模型中得到节点的弯矩‑转角曲线。本发明避免了该类节点设计中以往需要进行的大量的试验或模拟，具有计算简便、省时、省力、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及一种钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓连接节点抗弯承载力和弯矩- 转角曲线的计算方法，适用于该类节点的半刚性设计，属于钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓连接节点设计领域。

背景技术

钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓连接节点是通过利用穿心螺栓和端板或T形件将钢管混凝土柱和钢梁连接在一起的一种新型节点。钢管混凝土柱是一种受压承载力高、塑性韧性好、局部稳定性好的构件；螺栓连接节点具有施工方便、延性好等特点，因此钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓连接节点综合了两者的优点。已有的试验研究表明钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓连接节点具有承载力高、初始转动刚度大、延性好、施工简便，施工质量易保证等特点，在实际工程中具有良好的应用前景，尤其适用于高烈度抗震设防地区。

钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓连接节点应用于实际工程需要有该类新型节点的设计方法作为支撑。在进行节点设计时，一般假定节点刚性连接或者铰接，但实际上节点绝大部分都是半刚性的；这导致按照假定刚接进行设计计算时偏于不安全，而按照假定铰接进行设计计算时偏于保守。同时，我国的《钢结构设计标准》GB50017-2017中的第5.1.4条规定：梁柱采用半刚性连接时，应计入梁柱交角变化的影响，在内力分析时，应假定连接的弯矩-转角曲线，并在节点设计时保证节点的构造与假定的弯矩-转角曲线符合。因此，对于钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓连接节点的半刚性设计的关键参数初始转动刚度、抗弯承载力及弯矩-转角曲线的研究很有必要。目前，国内外对钢结构中的梁柱螺栓连接半刚性节点进行了大量的研究，建立了钢结构螺栓连接节点初始转动刚度的计算方法、抗弯承载力的计算方法以及弯矩-转角曲线模型，其中针对钢结构螺栓连接节点的弯矩-转角模型有：线性模型、多线性模型、多项式模型、指数函数模型、幂函数模型、反三角函数模型等。然而，这些计算方法和弯矩-转角曲线模型是针对钢结构连接节点的，不能直接应用于钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓连接节点。此外，以往应用于钢结构螺栓连接的弯矩-转角曲线模型往往需要大量的试验数据拟合，并且模型的精度还需要进一步提高。对于钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓连接节点，通过试验确定其弯矩-转角曲线费时、费力且需要较大的经济成本。因此，有必要提出该类节点抗弯承载力的理论计算方法和实用的弯矩-转角曲线模型，这样可以避免为得到该类节点半刚性设计关键参数而需要进行的大量试验，大大节约了时间和经济成本。

发明内容

本发明提出了一种钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓连接节点抗弯承载力和弯矩 -转角曲线的计算方法，所述的钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓连接节点抗弯承载力和弯矩-转角曲线的计算方法适用于四种连接类型的钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓连接节点：非加劲外伸端板穿心螺栓连接节点、加劲外伸端板穿心螺栓连接节点、平齐端板穿心螺栓连接节点以及T形件穿心螺栓连接节点，具体过程如下：

1)计算当发生端板或T形件翼缘受弯破坏时节点的抗弯承载力：

首先计算四种连接类型节点的屈服线参数：

对于非加劲外伸端板穿心螺栓连接节点，屈服线参数L₁按下式计算：