鋼結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)由于鋼結(jié)構(gòu)和混凝土在受力過程中的相互作用，具有承載力高、塑性和韌性好、耐火性能好等優(yōu)點，特別是其突出的抗壓性能，比較適宜應(yīng)用于長細(xì)比不大的軸心受壓構(gòu)件或小偏心受壓構(gòu)件中，學(xué)者們也因此將較多的注意力放在了鋼結(jié)構(gòu)混凝土柱和拱的研究和工程應(yīng)用中。從受力角度看，桁架結(jié)構(gòu)各桿件以軸心受力為主，在鋼結(jié)構(gòu)桁架的弦桿中填充混凝土形成的鋼結(jié)構(gòu)混凝土桁架是一種新型結(jié)構(gòu)形式，主管內(nèi)的混凝土提高了節(jié)點區(qū)域的剛度和承載力。同時，鋼結(jié)構(gòu)混凝土作為受壓弦桿將減小弦桿截面面積，可見，鋼結(jié)構(gòu)混凝土桁架是拓展鋼結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)用空間的重要結(jié)構(gòu)形式。

 目前，針對矩形鋼結(jié)構(gòu)混凝土桁架的節(jié)點和整體受力性能已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)研究口-2]，并頒布了相應(yīng)規(guī)程口3。而對于圓鋼結(jié)構(gòu)混凝土桁架芾點，我國目前已有的工程應(yīng)用和規(guī)程中通常是套用空心鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的計算方法或僅計算連接焊縫，這種忽略管內(nèi)混凝土的作用，且腹桿內(nèi)力僅傳至鋼結(jié)構(gòu)壁的處理方法是否合理，值得討論。

    本文采用有限元分析軟件ABAQUS對桁架結(jié)構(gòu)中最基本的平面K型圓鋼結(jié)構(gòu)混凝土桁架節(jié)點和空鋼結(jié)構(gòu)桁架節(jié)點進(jìn)行計算分析，比較二者破壞形態(tài)的差別，最后對影響平面K型圓鋼結(jié)構(gòu)混凝土桁架節(jié)點極限承載力的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行初步分析。

1  有限元模型

    有限元分析模型中，鋼材采用ABAQUS軟件中提供的等向彈塑性模型( Plasticity)。該模型服從相關(guān)流動準(zhǔn)則，在多軸應(yīng)力狀態(tài)下滿足Von Mises屈服準(zhǔn)則。在屈服面內(nèi)，鋼材為線彈性材料，在塑性分析中單軸應(yīng)力  應(yīng)變關(guān)系采用文獻(xiàn)[4]的二次塑流模型。
    混凝土采用塑性損傷模型(Concrete DamagedPlasticitv)。以往對約束混凝土受力性能的研究表明，混凝土在圍壓下強度提高、塑性增大，因此本文弦桿內(nèi)填混凝土單軸受壓的等效應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系采用劉威凹1修正的適用于鋼結(jié)構(gòu)混凝土的模型。單軸受拉采用應(yīng)力一斷裂能模型。
    鋼結(jié)構(gòu)與混凝土間的界面接觸行為模擬為法向接觸和切向粘結(jié)滑移‘_]。采用硬接觸模擬法向接觸；采用Coulomb庠擦模型模擬切向粘結(jié)滑移，摩擦系數(shù)取0. 25。腹桿與弦桿鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接采用綁定約束(Tie)模擬，使腹桿相貫線上所有節(jié)點與對應(yīng)的弦桿節(jié)點具有相同的位移。鋼結(jié)構(gòu)采用四結(jié)點殼單元(S4)，核心混凝土和蓋板采用八結(jié)點縮減積分的三維實體單元( C3D8R)。綜合考慮計算精度和計算效率后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，節(jié)點區(qū)域網(wǎng)格適當(dāng)細(xì)化。
    圖1給出了平面K型節(jié)點的邊界條件，弦桿一端按固定支座考慮，另外一端為僅有沿桿軸方向位移的滑動支座。兩腹桿端部邊界為滑動鉸支座，僅允許沿桿軸線方向有位移，約束徑向位移。腹桿和弦桿均從兩相交桿件的根部開始外伸3倍的管直徑，以消除端部加載條件對節(jié)點區(qū)域的影響。施加腹桿軸向荷載時，僅在兩腹桿末端節(jié)點上沿腹桿軸向均勻施加反對稱的集中荷載。利用增量迭代法進(jìn)行非線性方程組求解，在每一步增量中，采用牛頓法(Newton-Raphson)進(jìn)行迭代計算，分析過程中考慮了幾何非線性作用。
2  力學(xué)性能分析
    除特別說明，分析中算例的基本參數(shù)為：主管管徑DX壁厚t=245 mm×8 mm，長度1=1 500 mm，內(nèi)填混凝土立方體抗壓強度fe。一50 MPa;支管管徑d．×壁厚￡，=140 mm×8 mm，長度Z．一500  mm；所有鋼結(jié)構(gòu)屈服強度廠，一345 MPa，以下分析結(jié)果中，鋼結(jié)構(gòu)混凝土桁架節(jié)點腹桿鋼結(jié)構(gòu)和弦桿鋼結(jié)構(gòu)也按習(xí)慣分別稱為支管和主管。

2.1破壞模態(tài)
    圖2給出了鋼結(jié)構(gòu)混凝土K型節(jié)點( KJ-CFST)和空鋼結(jié)構(gòu)K型節(jié)點( KJ-CHS)節(jié)點域破壞形態(tài)的對比，圖中同時在右上角給出了破壞截面變形示意，為圖示清晰，所有的變形均放大了5倍。從圖中可以看出，空鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點與受壓支管連接處的主管表面凹陷，兩側(cè)向外鼓曲，發(fā)生主管屈服失效。鋼結(jié)構(gòu)混凝土節(jié)點由于受壓支管作用處主管內(nèi)混凝土阻止鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)凹變形并承擔(dān)了一部分的壓力，所以節(jié)點破壞發(fā)生在受拉支管作用處，主管管壁發(fā)生較大塑性變形，并與混凝土脫離。

    a-空鋼結(jié)構(gòu)．b一鋼結(jié)構(gòu)混凝土
    圖2節(jié)點破壞時節(jié)點區(qū)域破壞形態(tài)對比    圖3給出了兩種節(jié)點的支管軸力與主管管壁沿支管軸線方向最大變形艿的關(guān)系曲線，變形以主管管壁突出為正，凹進(jìn)為負(fù)。在彈性工作階段，鋼結(jié)構(gòu)混凝土K型節(jié)點的曲線較空鋼結(jié)構(gòu)K型節(jié)點的曲線斜率大，表明在主管內(nèi)填混凝土對提高節(jié)點區(qū)域的剛度具有明顯的作用，且由于內(nèi)填混凝土的原因，鋼結(jié)構(gòu)混凝土節(jié)點的承載能力也較空鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點有了很大提高。