锚栓式刚接柱脚双向受弯性能研究

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterinEngineeringStudyontheanchortyperigidsteelcolumnbaseconnectionsubjecttocombinedaxialforceandbiaxialbendingMasterCandidate：ZhouFanMajor：CivilEngineeringSupervisor：Prof.LiChengyuWuhanUniver

2、sityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430081,P.R.ChinaMay,2015摘要柱脚是钢结构上部主体结构与下部基础连接的重要节点。目前设计钢结构柱脚时仅考虑单向弯矩作用，但随着空间分析方法的发展和应用，钢柱脚的双向受弯性能必须考虑。但是国内外关于这种情况的理论分析和试验研究相对较少，而且现行的钢结构规范中也没有系统提出双向受弯柱脚节点的设计分析方法，所以对双向受弯柱脚的力学性能进行研究有着重要的理论和实际工程意义。本文采用数值模拟和理论分析相结合的方法对锚栓式刚接柱脚在双向弯矩作用下

3、的受力性能进行研究，首先对柱脚受力-变形性能进行理论分析，以四颗锚栓露出型钢柱脚有限元模型为例，结合已有试验结果验证有限元模型的正确性。之后建立柱脚节点有限元模型，分别研究柱脚节点在承受单向弯矩和双向弯矩作用下的力学性能，主要分析底板的应力分布，锚栓的受力状态变化规律，最后通过对柱脚节点的加劲板、底板和锚栓设置参数的调整来研究柱脚节点在双向弯矩作用下的力学性能，分析得出相应的柱脚M-θ曲线、节点初始刚度数值变化和抗弯承载力极限值变化曲线。在本文的研究范围内可以得出以下结论：底板的应力分布比较不均匀，主要集中在钢柱翼缘和锚栓孔端处

4、，底板的破坏为塑性破坏；弯矩合力受拉一侧整根锚栓的应力增长较快并逐步进入强度屈服状态，与之对应受拉一侧锚栓应力随着绕弱轴弯矩的增大而减小；增加底板厚度可以有效的提高柱脚节点的力学性能；相对于加劲板的高度及厚度、底板的厚度，锚栓直径对柱脚的初始刚度和极限抗弯承载力的影响最明显。关键词：刚接柱脚；双向受弯；底板；锚栓；初始刚度；弯矩极限值IAbstractInsteelbuilding,thecolumnbaseconnectionisoneofthekeypartsthataffectsthemainstructurefuncti

5、on.Thedesignofcolumnbaseconnectiononlyconsidermonotonicbendingmoment,butwithspatialanalysismethodsweredevelopedandapplied,itisnecessarytoconsiderthecolumnbaseconnectionunderthebiaxialbending.butthetheoreticalanalysisandexperimentalstudyarelessinthedomesticandoverseas

6、,alsothereisnoaystematicanalysismethodtotodesignacolumnbaseconnectionunderbiaxialbendinginthecurrentspecification.Theresearchofthemechanicalpropertieshasimportanttheoreticalandpracticalsignificancewhenthecolumnbaseconnectionunderbiaxialbending.Studyingontheanchorbolt

7、-typecolumnbaseconnectionunderthebiaxialbendingmomentofthemechanicalproperties.Atfirst,analyzethetheoryoftheforce-deformationcurve,Innumericalsimulations,checkthefiniteelementmodelbyafouranchorboltexposedcaststeelcolumnbaseconnection.Thisstudyisaimedatacolumnbaseconn

8、ectionundertwoloadingmode,strongaxisbendingandbiaxialbendingespeciallymechanicalperformanceanalysis.Studyingthestressdistributionan