方钢管柱铰接柱脚底板设计探讨VIP免费

方钢管柱铰接柱脚底板设计探讨-删减张鑫，孟宪德，顾励0引言方钢管柱是工程中经常采用的截面形式，并且对于荷载较小或者体量较小的工程，经常采用外露式铰接柱脚，比如钢平台，刚架，摇摆柱等。为了制作和安装的方便，通常采用图1所示的典型节点，特点为在4个角部布置4颗锚栓，采用无加劲底板。锚栓底板锚栓4M''D方管柱(c)A-A剖面(b)柱脚平面图(a)柱脚空间图A方管柱方管柱BccAABtBccababdd/2/2图1铰接柱脚详图Fig.1PinnedRHScolumnbase对于图1所示的方钢管柱柱脚底板的设计，不能简单套用设计手册[1]给出的悬臂板模型、两相邻支承板模型，未见国内的文献给出比较详细的计算方法。AISC[2]规范给出此种钢柱受压时的底板设计方法，但未给出钢柱受拉时的底板设计方法。1底板设计方法底板的设计方法常见有两种：悬臂板模型、有效宽度模型。悬臂板模型一般采用塑性设计方法，假定底板下混凝土压应力均匀分布，假定塑性铰线分布，给出承载力计算公式，美国AISC[2]采用此方法，AISC规范的典型模型如图2所示。AISC规范的悬臂板模型不仅适用于H形截面而且适用于圆管和矩形截面的底板。σTmn或bcBLhm0.95mb0.8nn(a)塑形铰线分布(b)底板弯矩确定塑形铰线图2悬臂板模型Fig.2Cantileveredplatemodel方钢管柱脚受压时，AISC（LRFD-荷载抗力分项系数法）计算过程详见式（1）。srMM≥（1a）122cslMσ=（1b）42byrTfMφ=（1c）BLN=cσ（1d）),max(nml=（1e）0.952Lm−=b（1f）0.952Bbn−=(1g)其中，Mr为单位板宽弯矩承载力，Ms为单位板宽弯矩内力。φ为抗力折减系数，取0.9。其余各参数如图4所示。Bbn0.95nLbm0.95m(a)塑形铰线分布或σTmbc(b)底板弯矩确定塑形铰线n或bbTbσc图4方钢管柱悬臂板模型图5柱内底板屈服线Fig.4CantileveredplatemodelforRHSFig.5YieldlinepatternofplateintheRHSAISC所给的计算方法仅适用于方钢管外部悬臂底板的设计，ASI[4]给出方钢管内部的底板屈服铰线计算公式，单位板宽弯矩内力Ms：4.212csbMσ=（2）当钢柱受拉时，通常假定由锚栓来传递拉力，锚栓受拉引起底板受弯，最常见的模型如图6所示的屈服铰线：由锚栓孔往外按照450扩散，延伸至钢柱的腹板/翼缘边沿，假定在扩散角范围内的腹板/翼缘边沿线为有效屈服线，不考虑其他的加劲作用：tsbNMt=（3a）4)2(42b0ty2blyrTdbfTbfM+==φφ（3b）其中，Nt为锚栓拉力。图6所示的模型适用于H型截面和矩形截面等直线边轮廓的截面，且锚栓在直线边一侧。2bttb0tblbd图6受拉底板屈服线Fig.6Cantileveredplatemodel当底板为4颗锚栓，且锚栓位于角部时，ASI的模型已不适用。根据拉力的传递路径，如图8(a)、(b)所示的模型（以下简称“模型1”、“模型2”）应该较贴近实际。根据图6所示的屈服线模型，结合AISC给出的悬臂板模型，图8(c)所示的模型（以下简称“模型3”）应该更为合理，并且偏于安全。(c)模型3ga=√2(-)cla=2√2(-)cabcla=2√2ga=√2(-)cabc(a)模型1(b)模型2abcg=a-clt=a图8底板屈服铰线模型Fig.8CantileveredplatemodelforCHScolumn模型1：stt(2(-c))MNgNa==（4a）22bbryy(22)44TTMflfaϕϕ==（4b）模型2：stt(-c)MNgNa==（5a）22bbryty(2)(2)44TTMflfaϕϕ==（5b）模型3：stt(2(a-c))MNgN==（6a）22bbryy(22(-c))44TTMflfaϕϕ==（6b）采用图8所示的三种模型与真实的塑性铰线分布是否吻合，假定是否合理和精确，应进行研究，下一节给出相应的研究。2数值分析研究3参数分析采用非线性分析，考虑材料非线性与几何非线性，给出节点承载力和变形的全过程曲线。在参数分析中，忽略底板混凝土约束、螺栓约束、焊缝尺寸等的影响，直接在锚栓中心采用滑动铰约束；忽略弯矩、剪力等内力，在柱端施加轴拉力进行分析。立柱截面宽度取300mm，厚度14mm；模型的长度L取600mm(=2×b)，立柱端部（加载端）设置刚性区。模型简图如图9所示。方管柱刚性区(b)A-A剖面(a)平面图AAcc300T底板Ndd59010□300X14铰支座(滑动)孔Φ30方管柱□300X14图9参数模型简图图10有限元模型Fig.9ParametermodeldiagramFig.10Finiteelementmodel材料本构关系采用双折线模型，钢材屈服强度fy为235N/mm2，弹性模量E为2.05×105N/mm2，屈服后的折线模量Et为（1/200...