埋入式钢管混凝土外加强环板柱脚节点受力性能有限元分析

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钢管混凝土柱脚节点冲切破坏问题已是钢管混凝土结构的关键性技术问题之一。本文研究的是一种新型钢管混凝土柱脚节点—带外加强环板的埋入基础梁式钢管混凝土柱脚节点的冲切破坏问题,在试验的基础上建立有限元模型。研究在柱脚处设置外加强环板的节点破坏模式及确定影响外加强环板柱脚极限承载力的主要因素。本文在课题组试验试件模型ZJ/H-7、8的基础上,利用ANSYS有限元分析软件建立有限元节点模型,选取该模型单元的形式、设置实常数、定义材料属性,并根据节点模型的性能确定有限元分析的各个参数。创建整体建模实体、确定了网格划分、设定了求解的约束条件。首先通过有限元分析得出节点的破坏模式、极限承载力等受力性能,从极限承载力、裂缝的发展、箍筋应力和各自的受力特性与试验中的受力性能进行分析对比,从而验证了有限元模型的准确性。在此基础上改变加强环板的尺寸和埋深,并建立大量的有限元模型进行分析,得到了节点的破坏模式和极限承载力,通过数据分析确定环板宽度、环板厚度和环板埋深对节点受力性能的影响。分析结果显示:节点的极限承载力随外加强环板宽度的增大而增大,随着环板的厚度和环板埋置深度的增大极限承载力变化比较平缓,并给出了在构造上偏于安全考虑时环板尺寸的取值。再利用数值模拟软件1stopt对有限元分析所得的数据进行拟合,建立了柱脚节点承载力的公式。该承载力包含有柱脚底板下的混凝土与环板组成的核心区域和周边钢筋混凝土形成的周边区域两部分组成,柱脚的承载力是两者承载力的叠加。运用建议公式计算各个试件的极限承载力,其结果与试验结果和有限元分析结果吻合良好。从而为以后的工程设计提供一定的理论依据。
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