钢结构平板铰接柱脚的有限元分析
钢梁-钢筋混凝土柱全钢连接节点非线性有限元分析
钢梁-钢筋混凝土柱全钢连接节点非线性有限元分析? 钢梁-钢筋混凝土柱全钢连接节点非线性有限元分析钢梁-钢筋混凝土柱全钢连接节点非线性有限元分析王涛(上海核工程研究设计院, 上海200233) 摘要：钢梁-钢筋混凝土柱组合结构(RCS)能够充分利用钢与混凝土材料的强度、刚度及延性等性能的优势。
提出一种新型钢梁-钢筋混凝土柱全钢连接形式，采用有限元分析软件ANSYS对连接节点进行分析。
结果表明：钢梁端部优先屈服，随后钢柱端部屈服，实现“强柱弱梁”的设计理念，且节点区采用全钢构式，延性耗能能力较好。
分析了节点的受力机理，提出了节点设计的建议。
关键词：钢梁-钢筋混凝土柱；全钢连接；组合节点；非线性有限元1概述近年来，在组合结构中出现了一种新型的结构形式:钢梁-钢筋混凝土柱组合结构(RCS)[1]。
此类结构突破了传统结构采用纯钢筋混凝土构件或采用纯钢构件的限制，将两种材料取长补短，具有合理性。
钢筋混凝土柱作为压弯构件，其刚度大、耐久耐火性及受压性能好；而钢梁作为受弯构件，其塑性性能好、强度较高、质量轻，可加快工程施工的进度，并且能减小构件的截面尺寸，增加有效使用空间，特别适用于大型工业厂房。
考虑钢梁延性较好，钢筋混凝土柱刚度较大，二者的组合能更好地控制结构在地震作用下达到“强柱弱梁”的效果，使塑性铰优先出现在梁端。
钢-混凝土组合结构能够充分发挥钢和混凝土各自在强度、刚度、延性及建筑功能适用性等方面的优势，在国内外得到了广泛的应用[2]。
2钢梁-钢筋混凝土柱组合节点国内外研究现状 2.1国外研究现状对组合结构的研究具有代表性的是美国和日本。
美国一般采用梁贯通式；日本多采用柱贯通式。
美国Kanno等学者认为，钢梁-混凝土柱组合结构构件的基本破坏模式可分为梁塑性铰破坏、柱塑性铰破坏、梁柱节点混合破坏及节点破坏4种形式，其中节点破坏模式可分为节点的混凝土承压破坏及节点区域内的剪切破坏[3-4]。
日本的Koichi Minami等的试验结果表明，在节点域内柱贯通式节点比梁贯通式节点的耗能能力强[5]。
钢结构平板铰接柱脚的有限元分析
肋 ,加 劲 肋 的 尺 寸 (mm)为 90× 16× 300,靴 梁 与 加 劲 肋 均 为 Q235钢 。在 同 样 承 受 底 部 混凝土基础传递来的荷载作用下,应力分 布如图3所示。
显然,通过设置靴梁和加劲肋,可以有 效降低柱脚底板的应力峰值,减少底板的 变 形 ,达 到 保 护 柱 脚 的 目 的 。但 是 同 时 也 可 以看出,采用矩形钢板做靴梁和肋板时,在 靴梁和肋板的自由尖端应力值很小,浪费 钢 材 。为 了 优 化 设 计,可 以 将 靴 梁 和 肋 板 的 尖端切去,优化后的柱脚模型如图4所示。 从图3和图4的对比可以看出,对靴梁和肋 板进行切割后基本上不影响柱脚的受力情 况 ,同 时 减 少 了 钢 材 的 用 量 (见 图 4)。
板,以改善底板的受力情况,保证柱脚的安 全性。
参考文献
[1] 赖 永 标 , 胡 仁 喜 ,黄 书 珍 .ANSYS 11.0 土 木 工 程 有 限 元 分 析 典 型 范 例 [M].电 子 工 业 出 版 社 ,2007,10.
[2] 杨 晓 莉 , 何 俊 祥 . 钢 结 构 柱 脚 节 点 设 计 浅 谈 [J].土 建 设 计 ,2005第 3期 .
参考文献
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[2] 韩 黎 明 ,3D～ BC/SiC复 合 材 料 冲 击 响 应 特 性 及 粉 化 机 理 研 究 [D],北 京 :北 京 理 工 大 学 机 电 工 程 学 院 ,1998.
不同冲击压力P下测得的破坏波速度V 的 f
线性拟合为:
Vf = A + BP P > Pth
钢框架梁柱端板连接有限元分析
ｐ ｃｔ ． Ｉ ｈｓｐ ｐ ｒ ｈ ｅ ｒｅｏ ｆ ｅ ｃ ｎ ａｌ ｏ ｂｎ ｔ ｎ ｆ ａ ｔｒ ｔ ｉ ｅｅ ｔ ｅ ｅｓｔ ｈ ｉ ａｉ ｙ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｔ ｅｄ ｇ ｅ ｆｉ ｌ ｎ ｅｏ ｌｃ ｍ ｉａｉ ｓｏ ｃｏ ｓａ ｆ ｒｎ ｖ ｌ ｏｔ ｅｉ — ｎ ｕ ｏ ｆ ｄｆ ｌ ｎ
中还运 用正 交试验 设 计 的方 法 ， 分析 各 因素在 不 同水 平 组合 下 对 节点 初 始 转动 刚 度 和极 限弯矩 承 载 力 的影 响程 度 ， 出各 因素 的最优 水平 组合 ， 对 正 交试验 的各 因素进 行 回归 分析 ， 出初 始转 得 针 得
动 刚度 和极 限 弯矩承 载 力与影 响 因素相 关 关 系的近似 经验 公 式 ． 关键 词 ： 刚性 端板连 接 ； 始 转动 刚度 ； 限 弯矩 承 载力 ； 交极差 分析 半 初 极 正 中图分 类号 ： Ｕ３ ２． Ｔ ９ １ 文 献标 志码 ： Ａ
ｔ ｌ ｏ ａ ｉｎ ｌ ｔ ｆ ｅ ｓａ ｄ ｔ ｅ ｕ ｔ ｔ ｍｅ ｔ ａ ａ ｉ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ｂ ｓｎ ｒ ｈ ｇ ｎ ｌ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｉ ｔ ｔ ａ ｓ ｉ ｎ ｓ ｎ ｈ ｌｉ ｅ ｍｏ ｎ ｐ ｃｔ ａ ｅａ ａｙ ｅ ｙ ｕ ｉ ｇ ｏ ｔ ｏ ｏ ａ ｐ ｒ ａ ｒ ｏ ｆ ｍａ ｃ ｙ ｅ ｍｅ ｔ ｌ
ｉ ｉｉｌ ｏ ａ ｉ ｎ ｌ ｔ ｆ ｅ ｓａ ｄ ｕ ｔｍａ ｅｍｏ ｎ ａ ａ ｉ ｆｔ ｅｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ，ｂ ｔ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅｒ ｔ ｔ ｎ ｃ — ｎ ｔ ｔ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ｎ ｌ ａ ｒ ｏ ｓｆ ｉ ｔ ｍｅ ｔｃ ｐ ｃ ｔ ｏ ｈ ｏ ｎ ｃ ｉ ｓ ｕ ｄ ｃ ｈ ｏ ａ ｉ ａ ｙ ｏ ｒ ｏ
新型榫卯钢结构梁柱边节点承载力试验及有限元分析
第51卷第2期2021年1月下建筑结构Building StructureVol．51No．2Jan．2021DOI :10.19701/j．jzjg．2021.02.009*国家自然科学基金项目(51778219)。
作者简介:谭杰，硕士研究生，Email :jietan@hnu．edu．cn 。
新型榫卯钢结构梁柱边节点承载力试验及有限元分析*谭杰1，舒兴平1，张再华2(1湖南大学土木工程学院钢结构研究所，长沙410082;2湖南城市学院土木工程学院，益阳413000)［摘要］提出了一种方钢管混凝土柱与外包U 形钢混凝土组合梁的梁柱边节点连接形式，即新型榫卯钢结构梁柱边节点。
为研究该节点的承载能力以及破坏模式，开展了2个边节点的单调静力承载试验。
试验使用几何可变框架进行柱端加载，并利用ABAQUS 有限元软件对试件进行分析。
结果表明:各个试件的破坏主要集中于贯穿槽钢与钢管柱的焊缝，该类组合节点具有较高的承载能力和延性;有限元理论分析与试验结果吻合良好，验证了理论分析的正确性。
［关键词］榫卯钢结构;边节点;单调静力承载试验;承载能力;延性中图分类号:TU398.9文献标识码:A文章编号:1002-848X (2021)01-0050-07［引用本文］谭杰，舒兴平，张再华．新型榫卯钢结构梁柱边节点承载力试验及有限元分析［J ］．建筑结构，2021，51(2):50-56．TAN Jie ，SHU Xingping ，ZHANG Zaihua．Bearing capacity test and finite element analysis of beam-column edge joints of new tenon-mortise steel structure ［J ］．Building Structure ，2021，51(2):50-56．Bearing capacity test and finite element analysis of beam-column edge joints ofnew tenon-mortise steel structure TAN Jie 1，SHU Xingping 1，ZHANG Zaihua 2(1Steel Structural Institute of Civil Engineering College ，Hunan University ，Changsha 410082，China ;2College of Civil Engineering ，Hunan City University ，Yiyang 413000，China )Abstract :A new type of beam-column edge joint between concrete-filled square steel column and composite concrete-filled U-shaped steel beam was proposed ，which was called beam-column edge joint of new tenon-mortise steel structure．In order to study the bearing capacity and failure mode of the joints ，bearing capacity test with monotonic static of two edge joints were carried out．In the experiment ，the geometrically variable frame was used to carry out the test loading at the top of the column ，and ABAQUS finite element software was used to analyze the specimen．The results show that the failure of the specimens is mainly concentrated in the welds between the channel steel and the steel pipe column ，and the composite joints have high bearing capacity and ductility．The results of finite element analysis are in good agreement with the experimental results ，which verify the correctness of the theoretical analysis．Keywords :tenon-mortise steel structure ;edge joint ;bearing capacity test with monotonic static ;bearing capacity ;ductility0引言随着我国房屋建筑过程中建筑技术的不断提高以及建筑产业的不断发展，各种新的构件和结构形式不断出现。
钢梁柱节点受力性能的有限元分析
塑性 阶段 增 量 为 １ｍｍ。 ０
弹 塑性 分 析 以试 验 中 的 节 点 试 件 为 分 析 原 型 ，每 个 试
征 及 极 限承 载 力 。 Ｎ Ｙ Ａ Ｓ Ｓ计 算 分析 的 结果 与有 关理 论 及 试 验 研 究 结果 吻 合 较 好 。 对 梁柱 节 点 的 力 学性 能 进 行 了分 析 ， 对 并 即
梁 柱 节 点 形 式进 行 了优 化 分 析 处 理 ， 出了 更 为 经 济合 理 的更 有 利 于改 善 节 点 抗 震 性 能 的 改 进 型 结 构 。 提
接 处 ， 多为 完 全 脆 性 断 裂 。 且 为 研 究 并 评 价 梁 柱 节 点 的抗 震 性 能 ，探 讨 节 点 脆 性 破 坏机理 ， 分析 节点 的应 力 分 布 ， 求新 型抗 震 节 点 ， 文 采 寻 本 用 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 软 件 ，对 四种 不 同构 造 型 式 的节 点 进 行 了 ＮＹ 弹 塑性 有 限 元 分 析 ， 析 结 果 与 有 关 试 验 结 果 吻 合 较 好 。 分
在 １９ ９ ４年 美 国 Ｎ ｒ ｒ ｇ ｏｔ ｉ ｅ和 １ ９ ｈｄ ９ ５年 日本 Ｋ ｂ 地 震 中 ， ｏｅ
按 抗 震 规 范 所设 计 的 钢 框 架 梁 柱 节 点 ，并 未 像 所 期 望 的 那
样 如 期 形成 塑性 铰 ， 耗 散 地 震 能 量 ， 持 结 构 完 整 ， 是 以 保 而 遭 受 了 严 重 的 脆 性 破 坏 ，节 点 破 坏 主要 发 生 在梁 柱翼 缘 焊
L型钢骨混凝土柱梁柱节点有限元分析
２１ ０ １年第 ４期 （ 总第 １４期 ） ５
在建立模 型的时刻 ， 充分考 虑节 点 的对应 和单 元 形状 的划分 ， 同时采用 Ａ Ｓ Ｓ自带 的 Ａ Ｄ ＮＹ Ｐ Ｌ参数化命
分组成 ， 用分离 式 有 限元模 型 ， 选 建模 时 暂不在 型 钢 和混凝 土之间插入粘 结滑移 元。混凝 土、 型钢 和钢 筋
部探矿工程 ，０ ９ （ ） ２０ ，５ ．
性强 、 施工处理快速 等特点 ， 同时施工安 全可 靠 ， 施工
方 案对 策可行 ， 济效 益 明显 ， 经 为类 似地 质 围岩 隧道 及其它地下 工程 预 防塌方 施 工处理 技 术积 累 了相关
经验 ， 以备后续建设项 目借鉴 。
参 考 文献
京： 人民交通 出版社 ．０ ９：． ２０ ９
（ ） 采用 Ｙ射线密度计法。它属于物理 探测方 ８
法 的一种 ， 在现 场可 测定 土体 的密度 ， 以说 明注浆 用
效果 。
【 ］ 崔玖 江 ．隧道与地下 工程 修建技术 ［ ］北 京： ２ Ｍ． 科学 出版社 ．
２０ １ ｏ ５：．
［ ］ 张庆贺 ， 明， １ 寥少 胡向东 ． 隧道 与地 下工程灾害 防护［ ．北 Ｍ］
［ 收稿 日期］ ２１ １ １ ００— ２— ３
［ 作者简介】 张志伟 （９ ９ ， ， １７ 一） 男 黑龙 江呼兰人 ， 硕士 ， 工程 师， 研究方 向： 桥梁与隧道工程。
低 温
建
筑
技
术
南京210007摘要运用有限元软件采用分离式有限元模型选择实体壳和杆单元分别模拟混凝土钢骨和钢筋建立了三个l型钢骨混凝土柱梁柱节点模型并考虑材料几何双重非线性对三类典型的节点失效模式即梁铰型核心区剪切型以及混合型进行了深入研究和分析并总结失效模式特点归纳相关影响参数
钢管混凝土柱节点承载力有限元分析
钢管混凝土柱节点承载力有限元分析摘要：以某钢管桁架与钢管混凝土柱的连接节点为研究对象，采用有限元软件ABAQUS，分析节点在复杂受力状态下的承载能力，通过分析有限元计算结果，节点满足设计要求。
关键词：有限元分析，节点承载力，ABAQUS，塑性损伤模型引言作为构件连接与传力的重要部分，钢结构节点受力分析是结构安全的重要保障。
本文以一主展馆钢管桁架与钢管混凝土柱的连接节点为研究对象，采用有限元软件ABAQUS，分析节点的承载能力，并与试验结果比较，验证节点安全性。
1.有限元模型1.1.材料本构模型钢管桁架弦杆与钢管混凝土柱外壁为Q345钢材，采用四折线理想弹塑性本构模型，如图1[1]。
图1 钢管本构模型钢管混凝土柱核心混凝土标号为C40，采用塑性损伤本构模型。
此本构模型假定：在不大于4或5倍的极限单轴压应力的低围压条件下，混凝土为脆性材料，主要破坏机理表现为拉裂与压碎。
在模拟混凝土在单向、循环及动荷载作用下的不可逆损伤破坏行为等方面，塑性损伤本构模型具有较好收敛性能[1]。
混凝土単轴应力应变关系见式（1）、（2）[2]：受压时：（1）受拉时：（2）其中，、或为混凝土峰值单轴压、拉应力，为对应峰值应变，为单轴全应力应变关系曲线的参数值，取值见文献[2]。
参考文献：[1]、[3]，可得压缩损伤值、拉伸损伤值与非弹性应变、开裂应变的关系，其曲线如图2。
（a）压应力-非弹性应变关系（b）损伤值-非弹性应变关系（c）拉应力-开裂应变关系（d）损伤值-开裂应变关系图2 混凝土C401.2.模型建立本文研究的节点为桁架的各杆件通过节点板与钢管混凝土柱连接，其杆件布置图如图3，GGKZ为钢管混凝土柱，有限元模型如图4。
图3 桁架杆件布置图（a）整体模型及杆件编号（b）节点板模型图4 有限元模型假定钢管柱范围内节点板完全嵌固在核心混凝土中，不考虑它们之间的滑移，其接触采用embedded region命令。
假定核心混凝土与钢管相互作用分解为法向与切向两个方向作用：法线方向为硬接触（hard contact），切向作用采用库伦摩擦模型（coulomb friction）模拟：接触面可传递法向压力，并在切向产生摩擦力，其摩擦系数取0.6[4]，当切向力大于临界摩擦力时，接触面即发生相对滑移，结合工程实际，假定滑移为小滑移（small sliding）；当接触面法向压力为零或者负值时，两接触面分离，相应节点接触被解除。
T型钢梁柱连接的有限元分析方法
１ ． ４ 材 料属性 定义
在有限元计算过程 中， 梁、 柱、 加劲肋的材料性 质均采用与试件相同值 ， 并且假定钢材分布均匀， 各 处 的应 力— —应 变 曲线 相 同 ， 不 考 虑 钢 材 轧制 对 钢 材性能的影响 ， 钢材各向同性。钢材 的弹性模量为 ： Ｅ＝ ２ ． ０ ６ ｅ ５ ＭＰ ａ ， 泊 松 比取为 ｔ ， ＝ ０ ． ３ 。应 力应 变关 系
第２ ９ 卷
第１ ３ 期
甘肃科 技
Ｇａ ｎ ｓ ｕ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ
０ ， Ｚ ． ２ ９
＾ ｒ ０ ． １ ３
２ ０ １ ３年 ７月
． ， 以． ２ ０ １ ３
Ｔ型 钢 梁 柱 连 接 的有 限元 分 析 方 法
赵 玉霞
考 虑 了 Ｔ型钢 和梁柱翼缘连 接处 的接触 、 Ｔ型钢 与粱
１ 基本 方法介绍
１ ． １ 基本 假设 …
在进行有限元分析的过程 中， 不考虑几何缺陷 的影 响 ， 也 不考 虑 诸 如 螺 栓 洞 口边缘 的非 线 性 或 由
于螺 栓 撬 力 的 大 小 不 均 所 引 起 的 Ｔ型 钢 的 应 力 变 化， 柱 翼 缘与加 劲 肋 在 焊 接 时的 收 缩 引起 板 的变 形 也不 在本 文 的研 究 范 围 ， 同时 假 设 螺 栓在 洞 边 界 没
，
甘
肃
科ห้องสมุดไป่ตู้
技
第２ ９卷
泊 松 比取 为。对 于 螺 栓 材 料 ， 当应 变
当应变达 到 ０ ． １时 便 达 到极 限应 力， 极 限应 力
１ １ ３ ０Ｍ Ｐａ。
空间钢结构整体模型及刚接柱脚有限元分析
空间钢结构整体模型及刚接柱脚有限元分析摘要：本文针对大连市金州新区至普湾新区城际铁路工程——公交总站站钢结构雨棚的实际设计问题进行分析。
公交总站站钢结构雨棚不同于以往传统形式钢结构，既不属于门式钢架类型也不同于钢框架类型，是较复杂的空间钢结构型式，因此选取钢结构雨棚的一个温度区段进行整体模型分析，主要控制钢构件强度、钢梁跨中挠度、钢构件稳定应力等。
钢结构整体分析模型在柱脚位置采用刚接约束，然而由于下部车站建筑立面以及功能要求的限制，导致柱截面尺寸受到限制，因此如何合理构造钢结构柱脚、如何保证柱脚的刚度以及强度、如何进行柱脚防屈曲构造等是本工程的重要以及难点之一。
本文利用Midas Gen 780对空间钢结构进行静力作用下整体模型分析，提取受力最大位置柱脚，利用ABAQUS6.10.1对最不利位置柱脚节点在设计荷载作用下的弹塑性性能进行分析，提出合理有效的措施以保证柱脚节点的刚度以及强度等。
关键字：空间钢结构；刚接柱脚节点；屈曲分析；强度；刚度；构造措施0引言随着我国国民经济的持续发展，城市轨道交通作为一种新型快捷的交通方式已经得到较为广泛的应用。
高架车站作为一种经济、实用的建筑形式，在城市轻轨建设中已受到越来越大的重视，同时其优美的外立面造型亦可成为城市建设的靓丽风景线。
大连市金州新区至普湾新区城际铁路工程（简称金普线）是大连市交通路网的重要组成部分，线路建成后可成为联系中心城区、开发区、金州区及普兰店市的一条南北向主要交通通道，带动沿线地区经济一体化发展，促进大连市总体发展战略的实施。
金普线中的公交总站站是一座高架三层车站，其站台上钢结构雨棚不同于以往传统形式钢结构，既不属于门式钢架类型也不同于钢框架类型，是较复杂的空间变化钢结构型式，因此选取钢结构雨棚的一个温度区段进行整体模型分析，其主要控制参数为钢构件强度、钢梁跨中挠度、钢构件稳定应力等。
钢结构整体模型分析在柱脚位置采用刚接约束，然而由于下部车站建筑立面以及功能要求的限制，导致柱截面尺寸受到限制，因此如何合理构造钢结构柱脚、如何保证柱脚的刚度以及强度、如何进行柱脚防屈曲构造等是本文要研究的主要内容。
钢结构柱头柱脚设计(2024)
结构在地震作用下的整体安全性。
18
05
案例分析：某高层建筑钢结构柱头柱脚 设计实例
2024/1/29
19
工程概况及设计要求
2024/1/29
工程概况
本案例为一栋高层建筑，采用钢 结构框架体系，建筑高度约150 米，共40层。
设计要求
根据建筑功能、荷载条件、抗震 设防烈度等因素，确定合理的柱 头柱脚设计方案，确保结构安全 、经济、适用。
审查要点
在审查施工图纸时，应重点关注以下 几个方面：是否符合设计要求和相关 规范标准；各构件之间的连接是否可 靠；是否存在施工难度和安全隐患； 是否满足经济性要求等。
23
06
总结与展望
2024/1/29
24
研究成果总结
01
钢结构柱头柱脚设计理论体系的完善
通过深入研究，完善了钢结构柱头柱脚设计的理论体系，为实际工程应
连接方式的创新
所提出的新型连接方式在传力机 制、构造措施等方面具有创新性 ，为钢结构柱头柱脚设计提供了
新的思路和方法。
2024/1/29
设计方法的优化
通过引入先进的优化算法和设计理 念，对钢结构柱头柱脚设计方法进 行了优化，提高了设计效率和准确 性。
多学科交叉融合
本研究涉及结构工程、力学、材料 科学等多个学科领域，通过多学科 交叉融合，推动了钢结构柱头柱脚 设计的创新发展。
2024/1/29
方案二
采用外包式柱脚，在柱脚外部设置钢筋混凝土外包层，通 过钢筋连接件与基础连接，具有施工简便、造价较低等优 点，但抗震性能相对较差。
选择结果
综合考虑各方面因素，最终选择方案三作为柱脚设计方案 。
22
施工图纸绘制和审查要点
钢结构柱脚节点构造及计算
钢结构柱脚节点构造及计算摘要：1.钢结构柱脚节点的构造a.柱脚节点的类型b.构造要求c.常用材料2.钢结构柱脚节点的计算a.计算方法b.计算公式c.参数选取3.钢结构柱脚节点的应用a.应用场景b.优势与不足c.注意事项正文：钢结构柱脚节点是钢结构建筑中非常重要的一部分，它的构造和计算关系到建筑的整体稳定性和安全性。
本文将详细介绍钢结构柱脚节点的构造及计算方法。
一、钢结构柱脚节点的构造1.柱脚节点的类型钢结构柱脚节点主要有三种类型：焊接式、螺栓连接式和底板连接式。
其中，焊接式柱脚节点连接紧密，稳定性好；螺栓连接式柱脚节点拆卸方便，适用于需要经常维修的建筑；底板连接式柱脚节点则适用于地基承载力差的环境。
2.构造要求钢结构柱脚节点的构造应满足以下要求：首先，柱脚底板应具有良好的抗弯、抗压性能，以承受柱子的荷载；其次，柱脚节点应具有良好的抗扭性能，以防止柱子在受力过程中发生扭曲；最后，柱脚节点应具有良好的防锈、防腐性能，以延长使用寿命。
3.常用材料钢结构柱脚节点常用的材料有Q235 钢、Q345 钢和H 型钢等。
其中，Q235 钢适用于轻型钢结构建筑；Q345 钢强度较高，适用于中型钢结构建筑；H 型钢则具有较好的承载能力和稳定性，适用于重型钢结构建筑。
二、钢结构柱脚节点的计算1.计算方法钢结构柱脚节点的计算主要采用以下三种方法：一是根据钢结构设计规范中的计算公式进行计算；二是根据实际受力情况，采用有限元分析法进行计算；三是根据工程实践经验进行类比计算。
2.计算公式钢结构柱脚节点的计算公式主要包括以下几个方面：首先，计算柱脚底板的局部承压强度，公式为N=π×d/4×f，其中N 为柱脚底板的局部承压强度，d 为柱脚底板直径，f 为混凝土的抗压强度；其次，计算柱脚节点的抗弯强度，公式为Mb=π×EI/16，其中Mb 为柱脚节点的抗弯强度，E 为钢材的弹性模量，I 为柱脚节点的惯性矩；最后，计算柱脚节点的抗扭强度，公式为T=τ×D，其中T 为柱脚节点的抗扭强度，τ为扭矩，D 为柱脚节点的抗扭直径。
钢骨V型柱节点有限元分析、计算与构造
１０ ９
四川 建 筑 Ｉ
第３ ２卷 ４期
２ １ ．８ ０ ２ ０
工 程 ｉ 构 结 ・
在Ａ ＡＵ Ｂ Ｑ Ｓ模型 中， 对混凝 土和钢管都 采用三维实体单
元 （ Ｄ，ｅ ｒ ａｌ） 模 拟 。模 型 中没 有 直 接 的 建 立 钢 筋 ， ３ ｄ ｆ ｍ ｂｅ 来 ｏ 而
受拉 、 受压 曲线方程所给 出的本构 曲线。钢材材性采 用了文 献 Ｈ 给出的本构 曲线。采用等效 弹性模 量近似 的考虑 了钢 筋 的影 响。不 考虑钢筋 与混凝土之间 的粘结 滑移作用 ， 也不 考虑 加载过程中钢管对混凝土的约束 。
２ ６ 有 限元 网格 的划 分 ．
由于本文分析 的节 点中各分 析部件（ 混凝土 梁 、 、 柱 钢管 以及 刚性 小块 ） 的尺寸 与形状 完全不 同 ， 因此在 网格划 分是 采用对部 件 （ ａ ） 行 网格 划分 ， Ｐｒ 进 ｔ 而不 是对 组 装件 （ ｓｅ Ａ ｓｍ—
是通 过计算 配筋率 等效 提高混 凝土 的弹性 模量来 近似 的考
虑钢筋 的作用 。这样做 有利 于节 省计算 时 间， 简化 分析 ， 提
高计算模 型的收敛 性。加载点 Ｂ、 、 Ｃ Ｅ点处 刚性小块 也采用 三维实体单元 （ Ｄ，ｅ ｒ ｂｅ 模 拟 ， 同的是对其 弹性模 量 ３ ｄｆ ｍａｌ） ｏ 不 进行放大 。钢管 与混凝土 的接触 方式 为埋入 式 （ ｍ ｅｅ ） ｅ ｂｄｄ 。
本文选取 了实 际工程 中 Ｓ Ｔ Ａ ｗＥ模型 中的节点进行建模 分析 。显 而 易 见 的 是 ， 点 的 工 作 状 态 及 其 应 力 分 布 随 节 ｓＴ Ａ ｗＥ工况 的变 化而 不尽 相 同。为简 化分析 ， 文选 取 了 本 ［ 定稿 日期 ］０ ２— ７— ５ ２ １ ０ ０
钢结构外露式柱脚节点性能的有限元分析
（１）ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆｔｗｏ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔｓ ｓｙｍｍｅｔｒｙ ａｒｒａｎｇｅｄ；
（２）ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｒ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔｓ ｓｙｍｍｅｔｒｙ ａｒｒａｎｇｅｄ；
ｓｙｍｍｅｔｒｙ （３）ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｒ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔｓ
我国已颁布了《钢结构设计规范》（ＧＢ ５００１７－２００３）等规范和规程来适 应钢结构在我国的迅速发展。钢结构的结构体系是由构件和节点构成的，对 构件及其体系形式的研究历史悠久，随着钢结构应用的不断增加存设计中遇 到的问题也明显起来，世界各国在经历了数次惨痛的地震教训后深刻地认识 到钢结构的结构变形性能主要决定于节点的力学行为“”“１。柱脚节点作为钢 框架中的关键连接部分其连接性能直接影响着整个框架在荷载作用下的整体 性能。近年来，随着计算机技术的不断发展，使用有限元方法研究节点越来 越深入。本文的工作即是使用ＡＮＳＹＳ模拟钢柱脚节点分析其性能。
１．３国内外的研究现状
关于半刚性连接的研究，目前国内外的文献主要集中在两个方面：一足
半刚性连接计算方法的讨论，探讨一种既简单又准确的表达形式来反映这种
连接的节点弯矩和相对转角的关系；二是以大量的试验为依据来验证半刚性
连接节点框架的静、动力受力性能。
ห้องสมุดไป่ตู้
节点连接特性一般用Ｍ一一关系来描述。Ｍ＝，（咖）式中：Ｍ表示作用
．１１１．
第１章绪论
第１章绪论
１．１课题的背景及意义
近年来我国钢结构建筑发展迅速，形式多种多样，主要有…：①高层钢 结构”１。②大跨度空间钢结构；③轻钢结构；④钢和混凝土组合结构；⑤钢 结构住宅；⑥桥梁钢结构；⑦城市交通、环保、公共设施钢结构；⑧塔桅、 管道钢结构、容器及特种构筑物；⑨海洋平台、锅炉刚架等；⑩重型工业厂 房。这些建筑（构筑）物尽管使用功能各有不同，形态千差万别，但有一个 共同点：它们都要落地生根，所以柱脚节点是钢结构设计中要注意的关键部 位之一。工业化体系的钢结构建筑。１１具有诸多优点，被广泛应用。在轻钢 结构设计中，风荷载等横向荷载引起的框架侧移往往控制设计，是影响建筑 用钢量的最主要因素，用钢量随框架侧移限制条件严格而提高，基本成线件 关系”１。可见若采取适当的框架侧移限制条件具有十分重大的经济效益。
钢管混凝土柱脚的有限元分析
０ 引言
某 大型铁路枢纽 主体结 构采 用框 架结 构形 式 ， 下 １层 ， 地 地 上 ２层 。柱 间距 及柱底反力较大 ， 基础形 式采用 柱下 独立 承台 ＋
有显著意义 。 钢 筋 。钢 筋 与混 凝 土 的 界 面 效 应 （ 粘 结 滑 移 和 锁 骨 行 为 ） 过 如 通
图 １ 典型柱脚示意 图
１ 有 限元 分析
钢管混凝土 柱柱 脚 及承 台应力 分 布 比较 复 杂 ， 及 到 混凝 涉 土、 钢筋 、 型钢等多 种材料 。在有 限元 仿真 过程 中存 在 混凝 土 塑 性开裂等材料非线性 、 脚纵筋 与混凝土共 同受力 等 问题 。为此 柱
第３ ６卷 第 ３ ５期
２０ １０年 １ 月 ２
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖ０ ． ６ Ｎｏ ３ １３ ． ５
Ｄｅ ． ２ １ ｃ ００
・５ ・ ５
文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （ ００）５ ０５ —２ １０ — ８５ ２ １ ３ —０ ５０
作用 ； 钢管柱与混凝土之 间摩擦 采用 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ软件 中“ 函数 ” 罚 摩 擦； 钢筋采用嵌入式单 元“ 入 ” 嵌 主体 混凝 土 内； 型 中不 考虑 轴 模 力和剪力对柱脚 纵筋 的影 响 ； 在有 限元模 型 分析 中 ， ？ 土采用 昆凝
３ ８ 钢筋采用 两节点线性 抗 水板 形式 。框架柱 采用 钢管混 凝 土 ， 考虑建 筑 、 备及 经 济性 八节点线性六面减缩积 分实体单元 Ｃ Ｄ Ｒ； 设 三维桁架单元 Ｔ Ｄ ； 管柱 采用 四节 点 曲面 薄壳 减缩 积 分单元 ３ ２钢 等因素 ， 柱脚采用 刚性 柱脚 ， 柱脚 截 面 的抗 弯截 面模 量 （ ， 不小 Ｅ） 于框架柱抗弯截面模量 的 ２ ， ０倍 典型的柱脚形式 如图 １ 所示 。本 结构采用柱脚 形式 不 同于传 统 的外包 式柱脚 。传统 外包 式柱 脚 的四周纵筋 配置都近似按式 （ ） １ 进行计算 。
露出型钢柱脚力学性能的有限元分析
１ 有限元计算模 型
１１ 材 料参数 及模 拟单 元 ． 试 件是 以某 体育 馆露 出型 柱基础 为例 ，柱 脚
的详 细尺 寸及 性 能指 标见 表 １ 。采用 Ｖ ｎＭｉ ｓ ｏ． ｓ ｅ 屈 服 准则 和 多线 性 随动 强化 （ Ｉ ＭＫ Ｎ）准则 对钢
其 中 日本 的高 松 隆夫 等 【在 试 验 基础 上 研 究 了 ４
材 的本 构关 系加 以模拟 ， 泊松 比取 ０３ 摩 擦系 数 ＿，
取 ０４ ．。
表 １ 柱脚主要尺 寸及性 能指标
收稿 日期 ：２ ０ —５２ ０ ８０ —４
作者简介：卢学松 （ ９ ２），男，吉林长春人 ，硕士研究生，研究方向为钢结构抗 震，２ ０ １ｘ ｅｏ ｇ ６ ． ｍ。 １８ 一 ０ ６ ｕｓｎ ＠１ ３ ｏ ｕ ｃ 基金项 目：国家 自然科 学基金 （０ ０ ０ ８ ；四川省 自然科学基金 （ ３Ｙ ２ —３—） １６ ２４ ） ０Ｊ ０ ９０ ８２ 。
露 出型钢柱 脚是 厂房 结构 与基础 的重 要连接
部位 ，其抗 震性 能如 何将 是厂 房抗 震研究 中至 关
重要 的 问题 。
下的滞 回性能、 耗能机制、耗能能力等， 为此类柱 脚 的抗震 设计提 供参 考 。
目前 ， 国内外学 者对 露 出型钢柱 脚抗 震性 能
的研 究相对 较少 ，主 要 以试验和 理 论分析 为主 ，
种 钢 柱 脚 的设 计 与 应 用 提 供 了参 考 。
关键 词：钢柱脚 ；恢复力特性 ；极 限承载力；有限元分析 中图分类号 ：Ｔ ９ ；Ｔ １ １ Ｕ３ １ Ｕ３７ ． 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１７ —０ ７２０ ）４０９ —３ ６ ２７ ３ （０ ８０ ．２ ００
钢柱脚抗剪承载力的有限元分析
Sheji yu Fenxi♦设计与分析钢柱脚抗剪承载力的有限元分析刘阳(武昌工学院城市建设学院，湖北武汉430061)摘要:钢柱脚的抗剪承载力是在水平荷载作用下，保证其节点强度的关键。
通常情况下柱脚受弯剪共同作用，其相互作用机理比较复杂，为进一步明确弯剪共同作用下钢柱脚的抗剪性能及其承载力，用ANSYS有限元软件建立钢柱脚的三维有限元模型，通过低周反复加载，在分析钢柱脚应力及变形情况的基础上，提出了钢柱脚抗剪承载力的有限元分析。
关键词：钢柱脚；抗剪承载力；有限元分析0引言钢柱脚的抗剪承载力通常为分，一部分为柱脚基础间的力，另一分为成系统的抗剪能力。
一般钢柱脚的抗剪承载力计算可简上分力进力口。
通用有限元软件ANSYS的模分析计算和后处理功能，能较准确地对钢柱脚的力学性能进行分析，进一步对其抗剪承载力进行计算。
1有限元模型的建立1.1材料参数及单元选取柱身及锚栓钢材，均可视其为性强化弹塑性，用性强BKIN其关系进模。
柱身及锚栓钢材取Q235，其屈服强度及切线模量分别取235MPa 和790MPa，弹性模量和泊松比分别为2.06X105MPa和0.3。
基础采用C40 ，性模 3.35"104MPa。
钢柱脚用8节点三维元Solid45模，柱下基础用的元Solid65模拟，分析基础钢力作，用模型来建立基础钢。
接触对采用元TARGET170和面-面接触单元CONTACT174,在钢柱脚基础设了。
系数，参考美国AIC349-85中的规定取0.4。
根据工程实际，分别建立柱为H型钢钢的柱脚ZJ-1ZJ-2，分-在柱，模型1所示。
屈服准则。
采用力、位移双收敛准贝IJ，应用Newton-Raphson平衡迭代进非性解，解器选用预件共扼梯度求解器(PCG)，打开自动时步长控制及性搜索。
2有限元计算结果分析2.1柱脚及各部分计算结果(1)无论有无轴压，柱脚发生破坏的主要形式基本相同，柱脚基础局出现脱离。
轴压力的增加，柱脚底板竖向位移增加(当$2=80kN时，ZJ-2底板最大竖向位移为5.87mm)，脱离造成的破坏先于锚栓应力过大的破坏。
铰轴式钢支座有限元分析及试验研究
铰轴式钢支座有限元分析及试验研究尚守平，雷振海【摘要】摘要:针对许多桥梁橡胶支座在服役期限内坏死这一问题，通过对桥梁支座的研究，提出了一种简单、可靠的新型钢支座。
根据相关理论设计了钢支座，通过有限元软件接触分析优化了钢支座尺寸。
通过竖向受压试验和有限元软件分析对比，得到了在设计荷载作用下，该支座切点周围部分平均压应力为251 MPa。
转动性能试验的研究中该支座最大转动角达到了0.053，转动性能好于盆式橡胶支座，能满足《公路桥梁板式橡胶支座(JT/T4－2004)》规定的盆式橡胶支座最小转动值0.02的要求。
研究结果表明:有限元分析合理;铰轴式钢支座竖向承载力高、耐久性好，是一种实用的桥梁支座。
【期刊名称】广西大学学报（自然科学版）【年(卷),期】2014(039)001【总页数】9【关键词】关键词:桥梁支座;铰轴式钢支座;Ansys分析;压力分布0 引言桥梁支座是桥梁的重要构件，我国目前公路桥梁使用的支座主要分为钢支座和橡胶支座。
国内采用的钢支座主要包括平板支座、弧形支座、辊轴支座和摇轴支座。
目前新建的公路桥梁支座大多数采用了橡胶支座。
这是因为传统的钢支座在设计上有一些不合理之处:① 平板支座和弧形支座承载力较小。
钢平板支座的位移量有限，而且梁的支承端也不能自由转动。
弧形支座转动不灵活、锚栓容易被剪断［1］。
所以平板支座和弧形支座一般用于跨径在16 m以下的桥梁。
② 辊轴支座和摇轴支座承载力大，能用于跨径在40～60 m的桥梁上。
但是辊轴支座随着支座服役时间的增加，各摩擦副不断产生磨损，出现辊轴不均匀滚动，导致连接件承受较大的附加应力而变形和损坏，辊轴倾角进一步加大甚至倾倒，支座无法行使其正常功能。
摇轴支座的下座板与摇轴之间的接触形式是线接触。
接触形式不合理，导致接触应力大，支座常会“冻死”不转动。
橡胶支座包括板式橡胶支座和盆式橡胶支座。
橡胶支座规格很多，设计承载力由0.8～60 MN不等，近年来在国内应用十分广泛。
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图3 复合材料中剪切裂纹滑移对纤维的损伤分析图
图4 波系图
(上 接 96页 )
强 度 设 计 值 fc=7.5N/mm2。图 2所 分 析 的 柱 脚是最简单的柱脚构造形式,在柱下端仅 焊 一 块 底 板 ,底 板 尺 寸 (mm)为 450× 30× 600,柱的截面高度为400mm,柱的翼缘板厚 度 为 20mm,宽 度 为 250mm,柱 的 腹 板 厚 度 为 16mm,柱 截 取 500mm高 并 且 上 部 固 定 , 柱与底板的连接模拟成为一体(替代了焊 缝 连 接 ),柱 脚 钢 材 为 Q235钢 。
(a)
(b)
图1 平板式柱脚构造图
2 平板式柱脚的有限元分析
在对柱脚进行有限元分析时,整个结 构采用实体单元建模(即六面体单元),底板 施加均匀分布的荷载,大小为混凝土抗压
图2 平板柱脚的应力分布图
图3 加强的平板柱脚的应力分布图
９６
科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
肋 ,加 劲 肋 的 尺 寸 (mm)为 90× 16× 300,靴 梁 与 加 劲 肋 均 为 Q235钢 。在 同 样 承 受 底 部 混凝土基础传递来的荷载作用下,应力分 布如图3所示。
显然,通过设置靴梁和加劲肋,可以有 效降低柱脚底板的应力峰值,减少底板的 变 形 ,达 到 保 护 柱 脚 的 目 的 。但 是 同 时 也 可 以看出,采用矩形钢板做靴梁和肋板时,在 靴梁和肋板的自由尖端应力值很小,浪费 钢 材 。为 了 优 化 设 计,可 以 将 靴 梁 和 肋 板 的 尖端切去,优化后的柱脚模型如图4所示。 从图3和图4的对比可以看出,对靴梁和肋 板进行切割后基本上不影响柱脚的受力情 况 ,同 时 减 少 了 钢 材 的 用 量 (见 图 4)。
1 平板式柱脚的构造
如图1所示是几种常用的平板式铰接 柱 脚 。由 于 基 础 混 凝 土 强 度 远 比 钢 材 低,所 以必须把柱的底部变大,以增加与其基础 顶 部 的 接 触 面 积 。图 a 是 一 种 最 简 单 的 柱 脚 构造形式,在柱下端仅焊一块底板,柱中压
力 由 焊 缝 传 至 底 板 ,再 传 给 基 础 。这 种 柱 脚 只能用于小柱型,如果用于大柱型,底板会 太 厚 。一 般 的 铰 接 柱 脚 常 采 用 图 b的 形 式 , 在柱端部与底板之间增设一些中间传力零 件 , 如 靴 梁 、隔 板 和 肋 板 等 , 以 增 加 柱 与 底 板的连接焊缝长度,并且将底板分隔成几 个 区 隔 ,使 底 板 的 弯 矩 减 小 ,厚 度 减 薄 。图 b 中,靴梁焊于柱的两侧,在靴梁之间用隔板 加强,以减小底板的弯矩,并提高靴梁的稳 定性(见图1)。
图4 优化的平板柱脚的应力分布图 ( 下转 9 8 页)
科技创新导报 ２００９ ＮＯ．３３ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
裂纹的成核和扩展,同时材料中存在较多 的 裂 纹 、孔 洞 等 微 观 缺 陷,由 此 导 致 如 图 所 示 的 纤 维 束 的 剪 断 和 碎 化[2](见图3、图4)。
不同冲击压力P下测得的破坏波速度V 的 f
线性拟合为:
Vf = A + BP P > Pth
(4)
式中 P 取压应力为正,A和B为拟合系
数[2]。
4 结语
3D C/SiC基复合材料在冲击载荷作用
工 程 技 术
下以破坏波的形式,从碰撞面开始向里传 播,当冲击压力超过某一阈值时,其破坏阵 面 的 传 播 速 度 与 冲 击 压 力 成 线 性 关 系 。陶 瓷基复合材料3D C/SiC复合材料的破坏状 态主要由SiC基体材料控制,材料中的为孔 洞在冲击压缩载荷下塌缩以及由此引起的 微细裂纹的扩展演化是导致材料破坏的重 要原因。
[3] 张 庆 明 , 黄 风 雷 , 韩 黎 明 , 冲 击 压 缩 3DC/SiC复 合 材 料 的 破 坏 波 传 播 [J],科 学 通 报 ,1999,17(44).
[4] Berry,J.P.,Mech.Phys.Solids,31, 1990,31:2233～ 2236.
[5] 柯 孚 久 ,白 以 龙 ,夏 蒙 芬 ,理 想 微 裂 纹 系 统 的 演 化 特 征,中 国 科 学 ,A辑 ,第 6期 , 1990,621～ 631.
参考文献
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[2] 韩 黎 明 ,3D～ BC/SiC复 合 材 料 冲 击 响 应 特 性 及 粉 化 机 理 研 究 [D],北 京 :北 京 理 工 大 学 机 电 工 程 学 院 ,1998.
板,以改善底板的受力情况,保证柱脚的安 全性。
参考文献
[1] 赖 永 标 , 胡 仁 喜 ,黄 书 珍 .ANSYS 11.0 土 木 工 程 有 限 元 分 析 典 型 范 例 [M].电 子 工 业 出 版 社 ,2007,10.
[2] 杨 晓 莉 , 何 俊 祥 . 钢 结 构 柱 脚 节 点 设 计 浅 谈 [J].土 建 设 计 ,2005第 3期 .
纤维束的剪断和碎化局限于裂纹尖端 的 应 力 集 中 区 ,即 孔 隙 和 缺 陷 处 。连 接 单 元 胞对角线的四束纤维交汇于单元胞的中心 “ 纤 维 束 交 汇 处 ”往 往 存 在 封 闭 的 死 角 ,C VI 工 艺 沉 积 的 SiC很 难 进 入 此 处 ,形 成 了 孔 隙,因此在冲击载荷较低时,在此交汇处的 孔隙塌缩以及引起的裂纹首先将纤维剪 断 ,其 碎 裂 长 度 较 大 ,随 着 冲 击 载 荷 的 增 大,纤维碎化成微米量级的颗粒。
科技创新导报 ２００９ ＮＯ．３３ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 钢结构平板铰接柱脚的有限元分析
工 程 技 术
刘春波1 隋殿勇2 (1.烟台市莱山区市政公用事业处; 2.烟台大学后勤集团 烟台 264000)
摘 要:本文采用有限元分析的方法研究了钢结构平板式柱脚在轴力作用下的应力分布,通过对不同类型柱脚的分析,给出了柱脚设计的
现二次压缩加载的时间;应力波从界面反射 的波速 Cr1 ,从破坏区边界反射的压缩波速
Cr2 ,在 实 验 压 力 不 高 时 ,取 Cr1 ≈ Cr 2 ≈ Ds , Ds 为 冲 击 波 速 度 ,根 据 波 系 图 可 知 ,破 坏 层 宽 度 计 算 公 式 为 [6]:
hf
= h − t1 − t 0 2
因此,3D C/SiC复合材料在冲击载荷 作用下的破坏状态主要由SiC基体材料控 制,材料中的微孔洞在冲击压缩载荷下的 塌缩以及由此引起的微细裂纹的扩展演化 是导致材料破坏的重要原因。
3 破坏波传播速度
由波系图4再根据实验测得的波形图,可 以计算破坏区的宽度和破坏波的平均传播
速度。取 hf 为破坏层宽度; h 为靶面到反射 界 面 处 的 距 离 ; ht 为 未 破 坏 区 的 宽 度 ; t0 为 应力波信号初始起跳时间; t1 为波形图上出
Ds
=
h
−
1 2
Dstr
(1)
引入公式
tf
=
h Ds
+ h − hf Ds
(2)
这 样 可 得 破 坏 波 的 平 均 传 播 速 度 Vf:
Vf
= hf tf
(3)
Parton通过实验分析得出在冲击压力P
超
过
某
一
阈
值
P
th
时
,破
坏
波
速
与
P
成 线 性 关 系 的 结 论 。为 此 ,根 据 同 一 试 件 在
一些基本建议。
关键词:钢结构平板柱脚 有限元分析 设计建议
中 图 分 类 号 :TU7
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :1674-098X(2009)11(c)-0096-02
随着我国社会经济的发展,大型体育 场 馆 、钢 结 构 工 业 厂 房 、工 业 设 备 支 架 和 钢 结 构 住 宅 开 始 大 量 涌 现 。这 些 钢 结 构 中 的 柱一般都是通过柱脚底板将力扩散到混凝 土 基 础 。多 年 来,柱 脚 底 板 均 采 用 基 于 弹 塑 性薄板弯曲理论下的简化计算方法,即假 设柱底板仅发生弹性变形,将柱底板视为 支承在柱上的悬臂板承受混凝土基础传来 的反力,底板厚度由底板的抗弯强度决定。 这些方法假定忽略有利因素过多,计算结 果 底 板 厚 度 偏 大 ,给 钢 材 供 应 、加 工 制 造 、 现 场 安 装 等 带 来 极 大 不 便 。设 计 时 应 该 考 虑 钢 柱 、柱 脚 底 板 和 混 凝 土 基 础 三 者 的 相 互作用原理,可以采用大型有限元分析软 件 ANSYS11.0,对 其 进 行 材 料 非 线 性 静 力
从图2可以看出:最简单的平板柱脚底 板处应力达到很大值,红色区域部分达到 了钢板的屈服强度而发生很大的塑性变 形,这种形式的柱脚承受荷载能力较差(见 图2)。
在图2所示的柱脚模型基础上在柱的 两侧焊接靴梁,靴梁的尺寸(mm)为400×10 × 600,然 后 在 两 个 靴 梁 外 部 焊 接 四 块 加 劲
铰接柱脚不承受弯矩,只承受轴向压 力 和 剪 力 。剪 力 通 常 有 底 板 与 基 础 表 面 的 摩 擦 力 传 递 。此 当 摩 擦 力 不 足 以 承 受 水 平 剪力时,应在柱脚底板下设置抗剪键,抗剪 键 可 用 方 钢 、短 T字 钢 或 H型 钢 做 成 。铰 接 柱脚通常仅按承受轴向压力计算,轴向压 力 N一 部 分 由 柱 身 传 给 靴 梁 、肋 板 等 ,再 传 给底板,最后传给基础;另一部分是经柱身 与底板间的连接焊缝传给底板,再传给基 础。