弯、剪、扭共同作用下刚接圆管柱柱脚计算靳慧(东南大学土木工程学院南京210096)张其林(同济大学建筑工程系上海200092)许志民(新乡天丰钢板开发有限公司新乡453000)摘要:对于户外广告牌和交通标志,经常采用F型单肢钢管柱。由于风载荷是控制载荷,柱脚受力为偏心受压,偏心受剪,承受很大的双轴弯矩和水平扭矩,底板与锚栓的设计计算与一般型钢柱有所不同,柱脚弯矩对其抗剪承载能力有很大提高,计算时应考虑其影响。关键词:钢管柱柱脚底板锚栓CALCULATIONOFSTEEL2PIPECOLUMNBASECONNECTIONUNDERACOMBINATIONLOADINGOFCOMPRESSION,SHEARANDTWISTINGJinHui(CollegeofCivilEngineering,SoutheastUniversityNanjing210096)ZhangQilin(DepartmentofBuildingEngineering,TongjiUniversityShanghai200092)XuZhimin(XinxiangTianfengSteelSheetDevelopmentCorporationXinxiang453000)Abstract:F2typesteel2pipecolumnisoftenusedforoutdooradvertisementboardandtrafficsign.Thewindloadisthecontrolload.Thecolumnbaseisundereccentriccompressionandshearingforce.Thebendingmomentsoftwoaxialdirectionsandthetwistingmomentarelarge.Basedonclassicalmethodsadesignandcalculationprocedureareproposedforthebase2plateandanchorboltsofsteel2pipecolumnbaseconnections,whichisdifferentfromthatoftheprofilesteelcolumnbase.Keywords:steel2pipecolumncolumnbasebase2plateanchorbolt第一作者:靳慧女1974年4月出生同济大学博士后收稿日期:2005-09-15尽管关于柱脚有许多试验和理论研究,但国内外大多数规范中关于柱脚分析计算的研究甚少[1]。实际中,工程师经常将柱脚看成铰接或刚性连接,而几乎所有的柱脚均介于两者之间,是半刚性连接。柱脚半刚性程度依赖于各元件力学特性和它们的组合(像底板、锚栓、混凝土等)以及所承受的载荷。各种各样的非线性使问题非常复杂,所有非线性中最难预测的可能就是混凝土基础的非线性,底板下压应力分布表现为高度局部性,很难用传统方法预测。在更精确的计算方法推广之前,尽管传统方法有时不够精确或可能导致不够经济的设计,但仍为工程师所采用。户外交通标志与广告牌钢结构经常采用单肢钢管柱。它们具有竖向荷载小,立面面积大的特点,因此,竖向静力荷载、地震作用对广告牌结构影响均不大,在其结构设计中起控制作用的是水平风荷载。对于实际中常见的F型柱结构形式,柱脚受力为偏心受压,偏心受剪,承受很大的双轴弯矩和水平扭矩,底板与锚栓的设计计算与一般型钢柱有所不同,本文对其进行了讨论。1载荷分析如图1所示的圆形底板是广告牌和交通标志常见的柱脚形式。F型柱承受的主要载荷如图2所示,有轴向力N,广告牌风压力引起的水平力V,广告牌与横梁重力引起的弯矩My,广告牌所受风压力引起的弯矩Mx,广告牌风压力引起的扭矩Mt。弯矩合力为M,其大小为:M=M2x+M2y(1)中性轴所在平面方向为(图3):tanθ=MyMx(2)48IndustrialConstructionVol135,No112,2005工业建筑2005年第35卷第12期转载http://www.paper.edu.cn图1圆形底板柱脚图2F型柱主要载荷图3中性轴位置2混凝土最大压应力计算各国研究成果和计算方法中采用的是不同的基础混凝土压应力分布曲线,有三角形分布、抛物线分布和矩形分布等[2]。我国常见的混凝土压应力计算方法有近似法与弹性比拟法[3]。1)近似法近似法计算简图如图4。σmax=4Nπd2p+32Mπd3p(3)σmin=4Nπd2p-32Mπd3p(4)x=|σmin||σmax|+|σmin|dp(5)T=M-Ncy(6)图4近似法计算简图式中x———受拉区范围;dp———底板直径;T———锚栓所受拉力合力。2)弹性比拟法近似法算出的锚栓拉力偏大,当算出的锚栓直径大于60mm时,宜采用弹性比拟法计算。假设基础变形符合平面假定,由图5得:σtσc=EEch0-hchc(7)式中E、Ec———钢、混凝土的弹性模量;σt———锚栓拉应力;σc———混凝土基础的最大边缘压应力。图5弹性比拟法计算简图由竖向力之和∑Z=0,得:T+N=R=12σcAc(8)式中Ac———受拉区底板面积。由混凝土受压区合力作用点的∑Mc=0,得:Th0-13hc=M-Nc(9)取σt=ft,联立式(7)～式(9),即可求得hc,σc,T。3底板1)底板直径底板直径dp按σmax≤fcc计算(fcc为基础混凝土的抗压...
