埋入基础梁式钢管混凝土柱脚节点受力性能有限元分析

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柱脚节点的设计是结构设计的一个重要方面,而且是在结构设计中的一个重要环节,柱脚节点的研究成果和理论对于结构的发展起到了至关重要的作用。目前对于钢管混凝土埋入钢筋混凝土基础梁式的柱脚节点的研究方面相对较少。因此,开展对此类柱脚节点的研究对于钢管混凝土结构的理论和应用有着重要的现实意义。本文利用ANSYS有限元分析软件,建立了无加强措施的钢管混凝土柱脚节点有限元模型,通过在极限承载力、荷载-跨中位移、钢管和钢筋的受力等有限元计算结果与试验结果进行对比,验证该有限元模型的合理性,建立正确的有限元模型。而后通过改变柱脚节点的相关设计参数(柱脚节点的钢管的埋置深度、下环板的厚度和箍筋配置数量)对埋入基础梁式钢管混凝土柱脚节点的受力性能进行非线性有限元分析。观察这些影响因素对柱脚节点承载能力的影响,进一步从理论分析中验证钢管混凝土埋入钢筋混凝土基础梁的柱脚节点的破坏机理和它们对柱脚节点承载力的影响程度。有限元分析研究表明:未加任何加强措施的埋入基础梁式钢管混凝土柱脚节点易发生冲切破坏,冲切面沿下环板向下产生;基础梁中箍筋对冲切承载力作用明显,试件破坏时,处于冲切区域内的箍筋已经达到屈服状态。有限元分析柱脚节点的承载力受下环板厚度、钢管埋置深度和箍筋配置数量影响结果表明,下环板厚度对承载力的影响不大;钢管的埋置深度和箍筋的配置数量对承载力影响较大,在其他因素不变的情况下,承载力随着钢管埋置深度的增加而减小,随着箍筋数量的增多而增大。根据影响柱脚节点承载力的影响因素和理论抗冲切公式,结合有限元模型的加载结果,修正了该柱脚节点在无加强措施情况下的理论抗冲切承载力的公式。将本文的ANSYS分析结果与同期进行的具有不同加强措施的ANSYS分析结果进行对比分析,对比分析了加强措施后的柱脚节点的破坏模式和极限承载力。分析表明,若在埋入基础梁部分的钢管混凝土柱采取增加钢筋抗剪环、加设栓钉和外加强环板等加强措施时,能够有效的提高埋入式柱脚节点的抗冲切承载力。最后从经济性方面对比分析了采用加强措施的柱脚节点的可行性。
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