平板式钢柱脚节点抗弯刚度计算方法

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1、舞吾耄嚣贺跏批磊：易囊琵把一口如翟；ig譬2016年6月Sfc^“口nBHffdf，增^缸把一口如June，2u16平板式钢柱脚节点抗弯刚度计算方法王越(同济大学土木工程学院，上海200092)摘要：柱脚节点抗弯性能对结构受力具有重要影响，与国外相比，我国目前对柱脚刚度的研究尚有所欠缺。本文介绍了国内外众多柱脚刚度计算方法，并对其中三种便于工程应用的方法用已有的试验结果进行校核。与试验结果对比表明，秋山宏与于安麟的方法在底板和锚栓相对刚度合适时，能够满足工程要求，Ec3中的组件法适用于锚栓受拉与不受拉两种情况，计算结果在一定程度上可以接受。关键词：钢

2、柱脚；抗弯刚度；组件法中图分类号：TU392．3文献标志码：A文章编号：1672—4011(2叭6)03—0095—03DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2016．03．0490前言柱脚节点是将上部结构与基础相连接的节点，起着将柱中轴力、弯矩和剪力传递给基础的作用，故其性能对整体结构具有重要影响。平板式柱脚因其构造简单、省工省料、安装方便等优点，而被广泛应用于柱底需传递轴力为主的平台钢结构、低层钢结构与门式刚架结构等结构中。平板式柱脚的类型通常有一对锚栓的铰接柱脚、两对锚栓的铰(刚)接柱脚、带加劲肋的刚接柱脚、带靴梁的刚接柱脚

3、等，前两者在国外研究得较为深人并且应用广泛。柱脚抗弯刚度作为描述柱脚节点除承载力与转动能力外的另一重要方面，对结构受力的影响主要体现在结构侧向承载力、结构整体稳定、底层柱稳定、结构侧向位移等方面。在进行结构整体设计时，通常把柱脚节点假设为理论上的刚接或者铰接节点，这种做法，严格说来是偏于不安全或者不经济的。国外对柱脚刚度已有较多研究，我国这方面的研究则相对较少。同时，我国对柱脚刚度也有了初步认识，如钢结构设计规范⋯中计算柱的计算长度系数时认为当与基础铰接时，平板支座中的梁柱线刚度之和的比值取为0．1，而不是0；当柱与基础刚接时，该比值取为10而不是无

4、穷大。鉴于以上情况，本文的主要内容为归纳国内外各种计算柱脚刚度的方法，对其中简洁实用的方法根据已有试验结果进行评价，并给出设计建议。1柱脚刚度的多种计算方法柱脚节点通常由柱段、底板、混凝土基础、后浇砂浆层、锚栓、螺母、垫片、锚板等组成。与梁柱节点不同，柱脚节点在受力上一般同时承受轴力、弯矩和剪力，其中剪力由底板与混凝土基础之间的摩擦力或抗剪键承担。在轴力和弯矩的共同作用下，柱脚的加载方式有两种：比例加载和非比例加载，比例加载中弯矩与轴力的比值即偏心距保持不变，非比例加载往往是先施加轴力再逐渐增大弯矩，只承受弯矩可以看作是偏心距无穷大的比例加载。在作者

5、简介：王越(199l一)，男，湖南邵阳人，在读硕士研究生。主要研究方向：轻型钢结构。两种不同的加载方式下柱脚节点有不同的受力性能，同一种加载方式下偏心距与轴力对柱脚性能也有影响。计算柱脚刚度时，需要考虑柱脚节点各个部件的变形，其变形组成主要有混凝土基础受压变形、底板受弯变形、锚栓受拉变形等。对各部分的变形如何考虑、考虑的精细程度如何，衍生出了各种不同的计算方法，好的计算方法应该在计算精确度和简洁性这两方面达到一个平衡，这也是工程应用所需要的。1985年，日本学者秋山宏旧。提出，外露式柱脚抗弯刚度的计算公式为：矿EnfA6(^l+^。)2，，、^82—

6、—面一¨，式中，E、A。、“分别为锚栓的弹性模量、有效截面面积和计算长度；n；为受拉锚栓个数；^。、危。分别为柱截面中心线至受拉螺栓群形心的距离和至混凝土基础压力合力作用点的距离；尺为考虑柱脚底板弯曲刚度后的修正系数，其值一般为2。与秋山宏的研究类似，主要考虑锚栓变形，1992年我国学者于安麟。3o研究了锚栓屈服前柱脚的弹性抗弯刚度，并得出：，En。A。(d。+d。r．EJ7、r(d。一氏)(d。+d。)⋯～2——T一十———可■一¨’式中，E正、A。、n；分别为受拉锚栓的弹性模量、屈服强度、有效面积和个数；f。为锚栓计算长度，可取为15倍锚栓名义直

7、径加上后浇砂浆层厚度、底板厚度、垫片的厚度和半个螺母厚度；d。、叱、d。分别为柱截面形心至受拉锚栓形心、柱受压翼缘形心、底板受压边缘之间的距离，叱和d。是考虑到柱脚在受弯过程中混凝土受压区形心位置的变化；Ⅳ为柱中轴力。该刚度实际为对应柱脚屈服弯矩的割线刚度，并且忽略了基础混凝土的变形。为了考虑螺帽与垫圈间、垫圈与钢板间、底板与基础间的缝隙和混凝土的变形，还应对(2)式中的刚度进行修正，除以一个经验的折减系数a，对低位锚栓取a=4，对中、高位锚栓取d：2。1995年希腊学者EHnopoulos和st啪atopoulosL4o对平板式柱脚提出了一个力学模

8、型，该模型根据受压区混凝土应力状态的不同，将柱脚分成三类，并从假定的压力分布出发，由力和弯矩的平衡以及变形协