王玉春 馬克儉

摘 要：剪力鍵節(jié)點域是構(gòu)成鋼空腹夾層板的重要關(guān)鍵節(jié)點。在ANSYS有限元分析軟件下，建立2組考慮材料非線性的數(shù)值模型，即設(shè)置加勁板寬度和改變方鋼管厚度作為研究剪力鍵節(jié)點域極限載荷的影響因素。研究結(jié)果表明設(shè)置加勁板、增大方鋼管厚度均可有效的提高鋼空腹夾層板剪力鍵節(jié)點域的極限載荷。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);空腹夾層板;剪力鍵;加勁板;節(jié)點域;極限載荷

中圖分類號：TU393.3

文獻標識碼： A

鋼空腹夾層板樓蓋結(jié)構(gòu)是在鋼筋砼空腹夾層板的基本原理下發(fā)展而來的新型樓蓋結(jié)構(gòu)，與常規(guī)樓蓋相比具有剛度大，跨越能力強，結(jié)構(gòu)高度小，自重輕等優(yōu)點。鋼空腹夾層板樓蓋結(jié)構(gòu)[1]中鋼空腹夾層板主要有T型鋼構(gòu)成的上下肋，方鋼管和砼板共同組成，網(wǎng)格尺寸一般在a=1.5 m～2 m，且不少于5格。剪力鍵是由方鋼管制成，作為一個關(guān)鍵節(jié)點，連接上下肋與砼板，形成了一個整體。文獻[1]-[3]從理論角度得出空腹夾層板的靜力計算相關(guān)方法;文獻[4-7]主要集中對空腹夾層板動、靜力學整體性能的分析研究。文獻[8]在2 m×2 m的鋼筋混凝土空腹夾層板上采用上表面中心點處施加集中荷載的加載方案，得出破壞荷載為45 T，破壞形式為彎曲破壞、延性好、安全度大、整體性能好;文獻[9]從試驗的角度得出設(shè)置加勁板改善了剪力鍵的下肋與剛肋連接區(qū)域，使應(yīng)力分布更合理，以及剪力鍵剛度的大小能夠改變砼板的受力狀態(tài)，對砼板的承載力有影響;兩者都沒有研究參數(shù)化下的剪力鍵對其破壞荷載或者砼板的具體影響。文獻[10]利用有限元軟件模擬單向受力情況下剪力鍵節(jié)點域的數(shù)值模型，得出加勁板寬度在特定路徑下對應(yīng)力和位移的影響最大。上述研究中均沒有涉及剪力鍵節(jié)點的極限載荷方面的研究，本文提出采用兩倍斜率法研究雙向受力情況下的剪力鍵節(jié)點的極限載荷，重點研究在不同寬度下的加勁板對剪力鍵節(jié)點極限載荷的影響和不同剛度下的剪力鍵對極限載荷的具體影響。

1 剪力鍵節(jié)點域特點和數(shù)值模型

1.1 構(gòu)造及受力特點

剪力鍵節(jié)點域構(gòu)造如圖1所示，中間方鋼管為剪力鍵，其內(nèi)部上下兩端分別設(shè)置與上下肋翼緣平齊的上肋內(nèi)隔板、下肋內(nèi)隔板。為了保證上下肋翼緣水平荷載的傳遞，方鋼管的內(nèi)壁與內(nèi)隔板之間采用焊接。方鋼管外側(cè)四根對稱軸上設(shè)置加勁板，并與上下肋焊接。實際工程中方鋼管端部各焊接一塊蓋板，確保節(jié)點域傳力的可靠。

3 結(jié)論與建議

多組剪力鍵節(jié)點域數(shù)值模型經(jīng)有限元軟件計算分析中可得出以下結(jié)論與建議：

（1）剪力鍵節(jié)點域的極限載荷與加勁板有關(guān)，雖然加勁板寬度的增加有利于極限載荷的增大，但是在工程實際中剪力鍵高度為450 mm時，我們考慮結(jié)構(gòu)與材料最優(yōu)解時可設(shè)置加勁板寬度為100 mm左右。

（2）剪力鍵節(jié)點域的極限載荷還與剛度有關(guān)，剛度增大有利于提高極限載荷。設(shè)計中在滿足結(jié)構(gòu)要求時盡量選擇適宜厚度的鋼材，例如在剪力鍵高度為450 mm時滿足極限載荷的條件下，優(yōu)先選擇方鋼管厚度10 mm或者12 mm，從而節(jié)約材料，提高經(jīng)濟化效益。

（3）設(shè)計中為了提高極限載荷我們要綜合考慮加勁板和剛度，但是極限載荷與加勁板、剛度、剪力鍵高度具體關(guān)系需要進一步研究，為實際工程提供可靠依據(jù)。

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（責任編輯：于慧梅）