设置栓钉的埋入式圆钢管混凝土柱脚节点抗冲切性能研究

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钢管混凝结构具有承载力高,刚度大,经济效益好等优点,在工程中得到了广泛的应用。柱脚节点是连接上部结构和基础的重要构件,其设计是否合理对结构安全、施工质量和工程造价均有直接的影响。埋入式柱脚由于其刚度大、承载力高,在钢管混凝土结构中运用较多;为了增强柱和基础之间的连接,往往会按构造要求在埋入段的管壁上设置栓钉连接件。然而规范中关于抗冲切的设计未考虑栓钉连接件的贡献,由此造成大直径钢管混凝土柱埋深过大、施工困难。因此研究在设计中如何考虑粘结和栓钉在冲切过程中的贡献具有重要意义。基于此,本文对设置栓钉连接件的埋入式圆钢管混凝土柱脚节点进行研究,主要内容包括:(1)进行2个钢管混凝土节点的推出试验,通过推出试验确定钢管外壁和混凝土之间的粘结力;在此基础上进行10个节点的抗冲切试验,研究是否设置栓钉、栓钉直径和布置方式等参数对埋入式柱脚节点抗冲切承载力、变形发展过程和破坏模式的影响规律。研究结果表明,设置栓钉可显著提高节点的抗冲切承载力,栓钉距离基础底部越远,对抗冲切承载力的贡献越大;设计中建议考虑栓钉对抗冲切承载力的贡献。(2)利用ABAQUS有限元软件建立考虑粘结影响的柱脚节点有限元模型,模型中能考虑栓钉和混凝土的相互作用,采用试验结果验证有限元模型的正确性。结果表明有限元分析结果和试验结果吻合较好,本文建立的有限元模型能较好地预测节点的承载力、变形发展过程和破坏模式。在此基础上对典型埋入式圆钢管混凝土柱脚节点进行分析,剖析了设置栓钉的埋入式圆钢管混凝土柱脚节点竖向传力机理。(3)基于试验验证的有限元分析模型,对柱脚节点进行了参数分析,系统研究了栓钉长度、直径、数量和位置等参数对埋入式柱脚节点抗冲切承载力影响规律,确定了关键影响参数,提出了考虑栓钉抗剪连接件的抗冲切承载力计算公式;剖析了栓钉在竖向传力过程中的受力状态,建议埋入式柱脚节点考虑1/3埋入深度以上部分栓钉的贡献。
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