钢结构外露式柱脚弱轴方向节点力学性能研究

钢结构外露式柱脚弱轴方向节点力学性能研究钢结构外露式柱脚作为轻型钢结构中广泛应用的柱脚节点,其节点力学性能在整体结构性能当中起着关键性的作用。工程中为了简化设计,通常将柱脚节点视为刚接或铰接,但学术界普遍认为钢结构柱脚节点是具有一定的抗弯刚度的。

目前对外露式柱脚节点的半刚性研究,主要集中在强轴方向,对于弱轴方向上的半刚性性能研究则存在空白。基于上述问题,本文进行了以下研究:(1)对外露式柱脚节点进行了试验研究。

设计并进行了八组外露式柱脚弱轴方向水平循环加载试验,研究了轴向力、底板厚度、锚栓直径及其强弱轴方向间距、加劲肋的设置与柱截面宽度对节点受力性能的影响,分析对比了不同参数外露式柱脚节点的抗弯刚度、抗弯承载力、延性、耗能能力以及破坏模式等内容。建立了理想化的柱脚节点滞回曲线模型;(2)对外露式柱脚节点进行了有限元分析。

采用有限元软件ABAQUS建立了外露式柱脚节点的三维实体有限元模型,设置了与试验相同的参数与加载条件。有限元的计算结果与试验结果吻合,验证了有限元模型的准确性。

提高试验所研究的变量水平数,并补充了锚栓强度等级以及焊缝厚度,研究这些参数对柱脚节点的抗弯刚度、抗弯承载力以及破坏模式的影响;(3)对外露式柱脚节点进行了抗弯刚度的计算。归纳了欧洲规范3中计算外露式柱脚节点抗弯刚度的原理以及其局限性,探讨了轴向力对柱脚节点受力性能的影响。

基于组件法原理,建立了外露式柱脚弱轴方向上抗弯刚度计算模型,对比了试验值、有限元分析值以及模型计算值,验证了计算模型的有效性;(4)对外露式柱脚节点进行了弯矩-转角全过程曲线模拟。基于本文提出的抗弯刚度组件法计

算模型,提出组件屈服的概念,拟合了柱脚节点弯矩-转角全过程曲线,对比了试验结果与拟合结果,验证了拟合方法的有效性。