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基于ABAQUS的装配式钢结构灌浆锚固节点力学性能研究

发表时间: 2020-11-09 11:53:06

作者: 墙板设备

来源: www.haitianjidian.com

浏览: 193




摘要:钢结构建筑因其自重轻、环保、可干作业及回收重利用等优点,在建筑结构的使用程度日益增长,其节点连接的核心问题也成为了各学者所研究的重点,目前常见的几种连接方式在节点问题处理上均存在较多加工及施工误差问题。鉴于此,本文提出了一种钢结构梁柱灌浆锚固节点连接方法,即利用高强混凝土或水泥基灌浆料将钢梁与钢柱锚固连接,完美解决了钢结构制作加工、安装过程中存在误差的问题,使钢结构连接节点优于其他连接形式。并利用ABAQUS建立了传统焊接及灌浆锚固节点连接两种不同连接方式的有限元模型,对比研究了构件在静力荷载和低周往复荷载作用下的受力性能进。研究结果表明:两种不同的连接方式下,结构构件在静力荷载作用和低周往复荷载作用下受力性能基本一致,采用新型灌浆锚固节点连接方式可完美解决钢结构制作加工、安装过程中存在误差的问题,使钢结构连接节点优于其他连接形式且可提高现场安装的效率,降低成本。可在钢结构建筑节点连接中推广使用。


关键词:钢结构;装配式钢结构;灌浆锚固;节点;受力性能;有限元分析


中图分类号:TU393

文献标识码:A

文章编号:1002-8498(2020)20-0069-04



 引言 


钢结构建筑自重轻、抗风及抗震性好、保温隔热、隔声效果好,符合可持续化发展的方针[1]。与其它住宅建筑结构形式相比,钢结构住宅是***“绿色建筑”概念的结构形式之一。钢结构建筑设计、生产、施工、安装可通过平台实现一体化,变“现场建造”为“工厂制造”,钢结构住宅自重轻,基础造价低,其施工安装便捷,施工周期短,且现场可实现干作业,环境污降低,材料可回收利用[2]。


装配式建筑核心问题是连接,如何将传统现浇结构的梁、柱、墙、板等构件在工厂加工后在现场连接起来。装配式建筑要在连接问题上有所突破,关键还是需要处理好节点,也就是处理好梁柱节点、柱柱节点、板梁节点等。然而,目前我国现阶段的几种装配式建筑在这些连接问题处理上还存在较多缺陷。


其中对于钢结构梁柱连接,笔者经多年钢结构施工总结及研究,提出一种钢结构梁柱灌浆锚固节点连接方法。这种新型灌浆锚固节点,利用高强混凝土或水泥基灌浆料将钢梁与钢柱锚固连接,充分发挥混凝土或水泥基灌浆料抗压性能较好与钢材抗拉性能较好的优点,可解决钢结构制作加工、安装过程中存在误差的问题,使钢结构连接节点优于其他连接形式。分别建立该灌浆锚固节点连接与传统焊接连接的构件仿真分析模型,并对两种不同连接方式下构件在静力荷载和低周往复荷载作用下的受力性能进行对比分析。为后期装配式钢结构建筑设计及施工提供一定参考意义。


 1 工程背景 


本文以某装配式钢结构建筑为研究对象,楼面、墙面采用自重较小的轻质复合材料,承重柱、主梁、暗柱、次梁等均采用Q345型钢,各部件具体尺寸如下:


(1)核心筒:在建筑平面设立混凝土核心筒,用作楼梯、电梯、设备井道等。核心筒外围墙体厚度为0.3m,内部分隔墙体厚度为0.2m。


(2)柱与梁:承重柱为450x450x16x16的方形钢柱,暗柱为200x100x10x10的方柱,其中暗柱布置于墙体内部。主梁与次梁均为H型钢,其中主梁尺寸为450x300x10x12,次梁尺寸300x200x8x10。


为保证室内空间的完整性,承重柱间距6.6m布置于建筑四周,主梁横纵交叉布置于平面内。


(3)楼板:若要承担次结构传来的竖向荷载,必须保证楼板具有足够的刚度与强度,楼板厚度为0.3m。核心筒内每层为混凝土楼盖,楼板厚度0.12m。


(4)建筑层高:标准层层高6m,共六层。



 2 整体框架结构力学性能分析研究 


 2.1 结构有限元模型建立


为保证有限元结构模拟的精准性且便利建模,利用三维建模软件proe建立整体框架结构几何模型后,导入hypermesh对几何模型进行精细化网格划分,再将有限元模型导入ABAQUS进行后处理分析。其具体步骤如下所示:


(1)ProE软件是强大的三维建模软件,首先利用ProE5.0软件建立巨型框架结构的几何模型,见图1;


(2)利用前处理软件Hypermesh对几何模型完成高质量的网格划分,保证计算结果的准确性,网格划分后有限元模型见图2;


(3)将在Hypermesh中划分好网格的模型输出为inp文件,导入ABAQUS中进行后续分析。


整体框架结构有限元模型采用实体单元C3D8R单元模拟梁柱,壳单元S4R模拟楼板与剪力墙,将核心筒底部与承重柱底部固结以模拟真实的边界条件。模型中采用共节点方式将梁柱连接,核心筒区域与楼板及次梁固结。 本文转载自施工技术 预制建筑网



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