受拉柱腳節(jié)點設計的理論與試驗研究.pdf

1、柱腳節(jié)點是連接鋼結構和基礎的樞紐，對結構體系的安全性起十分重要的作用。受拉柱腳節(jié)點是新型結構中常用節(jié)點型式，但目前相關研究很少，我國鋼結構設計規(guī)范或設計手冊中只給出柱腳受壓情況下的設計公式，而受拉柱腳無設計計算方法，這給設計人員進行實際工程設計帶來了很大困難。因此進行受拉柱腳節(jié)點的研究具有十分重要的理論及工程應用價值。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)點的工作性能進行詳細研究。 對單個錨

2、栓承載力進行了試驗研究和有限元分析，兩者結果比較吻合，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關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，力學模型能反映實際受力情況。 對偏心受拉柱腳節(jié)點進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)點有限元分析結果與試驗結果都比較吻合，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系，表明底板在拉力作用下基本保持平面，為設計理論的平截面假定提供了依據(jù)。得到的底板應變存在受拉區(qū)和受壓區(qū)，能反映底板下應力分布大致情況。得到的錨栓拉力吻合較好，再一次驗證了錨栓本構關系是合理的． 對軸心受拉柱腳節(jié)點進行有限元分析，得到錨栓拉力、底板位移和應變，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，材料本構關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。 參考受壓柱腳的設計理論，在上述試驗和有限元分析的基礎上，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行了理論研究。分析錨栓受拉破

5、壞模式，給出相應承載力設計公式，并重點推導單個錨栓在不同粘結應力分布情況下的粘結滑移承載力設計公式，討論多個錨栓對其承載力影響，經(jīng)與試驗和有限元結果比較，提出錨栓粘結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，在此基礎上論文推導了軸心受拉節(jié)點和偏心受拉節(jié)點錨栓所受最大拉力、底板下應力分布和底板受壓區(qū)長度的實用設計公式，經(jīng)與試驗及有限元分析結果比較，證明了所提出的設計方法及公式