矩形钢管柱外露式钢柱脚受力性能及极限承载力研究

摘要

钢柱脚是上部主体结构与基础连接的关键节点，起着将上部荷载传递到基础的重要作用。外露式钢柱脚是实际工程中常用的一种柱脚形式。由于柱脚各部件之间相互作用的复杂性，很难通过试验手段得到柱脚内部各构件的应力分布。现有设计方法是在对柱脚内部应力简化的基础上推导出的。此外，我国抗震规范中规定外露式钢柱脚的极限承载力不宜小于柱截面塑性屈服承载力的1.2倍。而对于该种柱脚形式的极限承载力还没有形成统一的计算公式。目前对 H型钢柱脚的研究已很多，而对于矩形钢管柱脚的研究还不完善，且由于钢柱截面形式及焊缝位置不同，使得矩形钢管柱脚与 H型钢柱脚的受力性能有所不同。所以利用有限元方法分析矩形钢管柱外露式钢柱脚的受力性能和极限承载力是有必要的。 本文以矩形钢管柱外露式钢柱脚为对象，首先采用ABAQUS建立有限元模型，对柱脚的受力性能进行了研究，分别分析了有无加劲肋、锚栓布置形式、底板厚度和偏心距四种因素对柱脚混凝土应力分布和锚栓拉力的影响，并与现有设计方法得出的混凝土应力和锚栓拉力进行对比，对现有设计方法的准确性和适用性做出评价。 其次，在对矩形钢管柱外露式钢柱脚受力性能分析的基础上，对偏心压力作用下柱脚的极限承载力进行分析。本文运用VUSDFLD子程序，当损伤因子达到限值时删除混凝土单元，以此来模拟受压区混凝土的破坏过程。针对不同的破坏模式，建立典型的有限元模型，分析柱脚的破坏过程和极限承载力。并与现有设计方法得到的设计极限承载力进行对比，得出柱脚在不同破坏模式下的安全系数，为矩形钢管柱外露式钢柱脚的抗震设计提供理论支持。 最后，分析了钢板抗剪键在两种不同剪力方向作用时的极限承载力（垂直型和平行型），与现有公式计算所得设计承载力进行对比，为计算钢板抗剪键的极限承载力提供理论支持。

目录

声明

第1章绪论

1.1课题的背景及意义

1.2国内外研究历史和现状

1.3论文研究对象及目的

第2章外露式钢柱脚设计方法

2.1现有外露式钢柱脚设计方法

2.2外露式钢柱脚的抗剪设计

2.3本章小结

第3章外露式钢柱脚有限元模型建立

3.1外露式钢柱脚模型建立

3.2有限元模型验证

3.3本章小结

第4章 矩形钢管柱外露式钢柱脚受力性能分析

4.1有无加劲肋方钢管柱脚受力性能对比

4.2锚栓布置形式对柱脚受力性能影响分析

4.3底板厚度对方钢管柱脚受力性能影响分析

4.4偏心距对方钢管柱脚受力性能影响分析

4.5本章小结

第5章偏心受压矩形钢管柱外露式钢柱脚极限承载力分析

5.1柱脚模型参数

5.2外露式钢柱脚破坏准则

5.3锚栓受拉破坏极限承载力分析

5.4受拉侧底板破坏极限承载力分析

5.5受压侧底板破坏极限承载力分析

5.6混凝土受压破坏极限承载力分析

5.7模型对比

5.8本章小结

第6章外露式钢柱脚抗剪极限承载力分析

6.1抗剪键设计承载力

6.2抗剪键有限元分析

6.3本章小结

第7章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

附录A VUSDFLD用户子程序

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