外露式铸钢柱脚的性能研究

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随着钢结构的发展,常用钢柱脚的制作日益标准、规范,其性能的研究也逐渐深入,但作为常见柱脚之一的外露型柱脚的研究却停滞不前。本文的研究是针对简单的露出型铸钢柱脚进行力学性能分析,从而得到整体结构中的力学性能表现。文章首先对柱脚受力—变形性能进行理论分析,以四锚栓露出型铸钢柱脚有限元模型为例,结合已有试验结果验证有限元模型的正确性,之后研究锚栓直径和位置、底板厚度、混凝土底板厚度等因素对柱脚力学性能的影响,继而拟合出柱脚的M θ曲线,并得出柱脚在不同影响因子下滞回曲线及柱脚在整体结构中的力学表现。在钢结构设计规范(GB50017-2003)中虽然增加了钢柱脚连接形式的章节,但仅限于柱脚计算长度影响,且未规范钢柱脚的设计。本文通过有限元分析研究,可得出铰接柱脚的结论:1)在一定轴向压力下,露出型柱脚和埋入式柱脚有相近的力学性能和抗震耗能能力。相较于埋入式柱脚,露出型柱脚可以在柱脚性能降低不多的情况下,节省大量人力和材料费用。2)在露出型柱脚中,轴压比、锚栓的直径、位置及锚固深度,底板厚度和混凝土基础均对柱脚的力学性能造成影响。方钢管柱脚中柱的轴压比控制在0.6附近,能达到安全与节约的平衡。3)露出型柱脚的锚栓破坏和底板破坏均为塑性破坏,但锚栓直径减小时会造成柱脚承载力的急剧下降,所以其中锚栓是影响柱脚性能的最主要因素。在实际设计中,除满足锚栓的锚固外,要保证锚栓的屈服后于底板的屈服出现。4)拟合的指数函数形式的方程,可在露出型柱脚的承载力设计之中借鉴其形式,便于工程设计参考。
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