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露出型刚接柱脚的锚栓性能及其布置模式研究

作　者: 张晓婷
导　师: 李军
学　校: 青岛理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 露出式刚接柱脚锚栓 ANSYS 预紧力
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着国民经济的发展,大型钢结构工业厂房在各地相继兴建,露出式钢柱脚的研究愈发重要。为了明确不同锚栓布置模式对露出式柱脚力学性能的影响,有必要建立包括锚栓在内的较完整的柱脚模型。本文在明确柱脚计算的理论和数值分析方法的基础上,根据已有试验分别建立M27(模式Ⅰ)和M36(模式Ⅱ)锚栓的柱脚模型,首先在两种柱脚上施加相同的循环荷载进行受力性能分析;其次在两种锚栓上施加预紧力,比较施加预紧力前、后对结构受力的影响。得到以下主要结论:1.两种模式的钢管柱的受力情况相似,尚未发生塑性变形。2.两种模式的底板的受力情况相似,和钢管柱一样,没有发生塑性变形。3.两种模式的柱脚破坏均由锚栓的屈服引起,由于钢管柱和底板均未屈服,锚栓受力成为控制柱脚受力性能的主要因素。4.模式Ⅰ柱脚最外端的两个锚栓均出现了颈缩现象,达到了极限强度,内侧的两个锚栓颈缩现象不明显;模式Ⅱ锚栓的截面积较大,它受到的应力明显比模式Ⅰ锚栓要小。5.施加预紧力后两个模式的柱脚变形不尽相同,钢管柱和底板仍然没有达到屈服强度,柱脚的破坏仍然是由锚栓的强度破坏控制的。但锚栓预紧力的施加优化了锚栓的受力性能,使锚栓在受力过程中,应力的增加更加缓慢和均匀,并增加了锚栓的塑性变形能力,使锚栓的受力和变形更加合理。6.由于导入了预紧力,使锚栓与底板连接的更加紧密,增强了柱脚的整体性和初始抗弯刚度,延缓了底板与基础梁的脱离,有利于整个结构的稳定。7.在同样满足柱脚力学性能要求的情况下,模式Ⅱ柱脚使用的锚栓个数较少,便于施工且可以达到减少用钢量的目的。因此,在锚栓强度破坏成为控制柱脚破坏的主要因素的情况下,可以采取增加锚栓直径且在柱脚底板外围分散布置锚栓的方法,使柱脚构造设计更加合理且经济。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-16
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
  1.3 研究内容和意义  15-16
第2章露出型柱脚的力学性能分析基础  16-25
  2.1 露出型柱脚的力学性能  16-20
    2.1.1 露出型柱脚的转角变形  16-17
    2.1.2 柱脚整体分析的条件  17-18
    2.1.3 平板理论  18-19
    2.1.4 撬力的影响  19-20
  2.2 锚栓的受力特点  20-21
  2.3 底板的强度与变形计算  21-24
  2.4 柱脚的受力过程与受力分析  24
    2.4.1 柱脚受力极限状态分析  24
  2.5 小结  24-25
第3章有限元分析理论基础  25-34
  3.1 三维非线性有限元理论基础  25-28
    3.1.1 大应变效应  26
    3.1.2 非线性方程求解  26-28
  3.2 屈服准则  28-29
  3.3 接触问题  29-32
    3.3.1 接触算法  29-32
  3.4 小结  32-34
第4章基于试验的露出型柱脚模型的有限元分析  34-60
  4.1 相关试验  34-39
    4.1.1 试验构件  34-36
    4.1.2 加载方法及数据采集  36-38
      4.1.2.1 加载方法  36
      4.1.2.2 数据采集  36-38
    4.1.3 弯矩和位移的计算  38-39
  4.2 ANSYS有限元模型  39-44
    4.2.1 单元类型的选取  39
    4.2.2 有限元几何模型  39-41
    4.2.3 接触单元及接触对的建立  41-42
    4.2.4 荷载及边界条件  42-43
    4.2.5 本构关系  43-44
    4.2.6 关于收敛的问题  44
  4.3 数值分析与试验的比较  44-50
    4.3.1 滞回曲线  44-45
    4.3.2 钢柱及底板的弯矩-应变关系  45-47
    4.3.3 锚栓弯矩-轴力关系  47-49
    4.3.4 柱脚底板竖向位移  49-50
  4.4 云图分析  50-59
    4.4.1 柱脚底板变形  50-53
    4.4.2 锚栓的受力变形情况  53-57
    4.4.3 钢管柱的受力变形情况  57
    4.4.4 接触力  57-58
    4.4.5 柱脚整体受力分析  58-59
  4.5 小结  59-60
第5章施加预紧力后锚栓的有限元分析  60-72
  5.1 施加预紧力的试验过程  60-63
    5.1.1 加载程序  62-63
  5.2 有限元模拟  63-64
    5.2.1 有限元模型  63-64
  5.3 有限元分析结果  64
    5.3.1 滞回曲线  64
  5.4 云图分析  64-71
    5.4.1 柱脚底板受力变形情况  64-66
    5.4.2 锚栓的受力变形情况  66-69
    5.4.3 钢管柱受力变形情况  69
    5.4.4 柱脚整体受力分析  69-71
  5.5 小结  71-72
第6章结论与展望  72-74
  6.1 结论  72-73
  6.2 展望  73-74
参考文献  74-77
攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作  77-78
致谢  78

露出型刚接柱脚的锚栓性能及其布置模式研究

内容摘要

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