受拉柱腳節(jié)點設(shè)計的理論與試驗研究.pdf

1、柱腳節(jié)點是連接鋼結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的樞紐，對結(jié)構(gòu)體系的安全性起十分重要的作用。受拉柱腳節(jié)點是新型結(jié)構(gòu)中常用節(jié)點型式，但目前相關(guān)研究很少，我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范或設(shè)計手冊中只給出柱腳受壓情況下的設(shè)計公式，而受拉柱腳無設(shè)計計算方法，這給設(shè)計人員進(jìn)行實際工程設(shè)計帶來了很大困難。因此進(jìn)行受拉柱腳節(jié)點的研究具有十分重要的理論及工程應(yīng)用價值。本文分別采用理論研究、試驗方法和有限元分析方法，對錨栓抗拉承載力和受拉柱腳節(jié)點的工作性能進(jìn)行詳細(xì)研究。 對單個錨

2、栓承載力進(jìn)行了試驗研究和有限元分析，兩者結(jié)果比較吻合，充分驗證了錨栓承載力試驗的可靠性和有限元分析方法的合理性，由此得到的錨栓本構(gòu)關(guān)系可以為受拉柱腳節(jié)點研究提供參數(shù)，同時也為實際工程提供參考?？紤]錨栓和混凝土接觸面粘結(jié)滑移非線性，采用面面接觸來模擬錨栓與混凝土的共同工作，力學(xué)模型能反映實際受力情況。 對偏心受拉柱腳節(jié)點進(jìn)行試驗研究和有限元分析，通過分析對比，大偏心受拉節(jié)點和小偏心受拉節(jié)點有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果都比較吻合，驗證了

3、試驗的可靠性和有限元模型的合理性。得到的底板位移基本上呈線性關(guān)系，表明底板在拉力作用下基本保持平面，為設(shè)計理論的平截面假定提供了依據(jù)。得到的底板應(yīng)變存在受拉區(qū)和受壓區(qū)，能反映底板下應(yīng)力分布大致情況。得到的錨栓拉力吻合較好，再一次驗證了錨栓本構(gòu)關(guān)系是合理的． 對軸心受拉柱腳節(jié)點進(jìn)行有限元分析，得到錨栓拉力、底板位移和應(yīng)變，基本反映了柱腳節(jié)點受力情況，表明有限元分析時網(wǎng)格劃分，邊界條件，材料本構(gòu)關(guān)系選取以及底板和混凝土之間的接觸模擬

4、等基本正確，說明采用有限元模型是可靠的。分析得到的底板位移，沿長度方向變化不大，而沿寬度方向呈拱狀變形，反映底板抗彎剛度對其變形的影響。分析得到的底板應(yīng)變，沿長度方向變化不大而沿寬度方向變化較大，也反映了底板抗彎剛度對底板下應(yīng)力分布的影響。分析得到錨栓拉力表明了外荷載基本由柱腳錨栓均勻承擔(dān)。 參考受壓柱腳的設(shè)計理論，在上述試驗和有限元分析的基礎(chǔ)上，本文分別對單個錨栓的承載力以及軸心受拉和偏心受拉柱腳進(jìn)行了理論研究。分析錨栓受拉破

5、壞模式，給出相應(yīng)承載力設(shè)計公式，并重點推導(dǎo)單個錨栓在不同粘結(jié)應(yīng)力分布情況下的粘結(jié)滑移承載力設(shè)計公式，討論多個錨栓對其承載力影響，經(jīng)與試驗和有限元結(jié)果比較，提出錨栓粘結(jié)滑移承載力的修正公式。同時又研究了軸心受拉節(jié)點和偏心受拉節(jié)點工作性能，明確指出大偏心和小偏心受拉節(jié)點界限，在此基礎(chǔ)上論文推導(dǎo)了軸心受拉節(jié)點和偏心受拉節(jié)點錨栓所受最大拉力、底板下應(yīng)力分布和底板受壓區(qū)長度的實用設(shè)計公式，經(jīng)與試驗及有限元分析結(jié)果比較，證明了所提出的設(shè)計方法及公式