钢结构平板铰接柱脚的有限元分析
钢梁-钢筋混凝土柱全钢连接节点非线性有限元分析
钢梁-钢筋混凝土柱全钢连接节点非线性有限元分析? 钢梁-钢筋混凝土柱全钢连接节点非线性有限元分析钢梁-钢筋混凝土柱全钢连接节点非线性有限元分析王涛(上海核工程研究设计院, 上海200233) 摘要：钢梁-钢筋混凝土柱组合结构(RCS)能够充分利用钢与混凝土材料的强度、刚度及延性等性能的优势。
提出一种新型钢梁-钢筋混凝土柱全钢连接形式，采用有限元分析软件ANSYS对连接节点进行分析。
结果表明：钢梁端部优先屈服，随后钢柱端部屈服，实现“强柱弱梁”的设计理念，且节点区采用全钢构式，延性耗能能力较好。
分析了节点的受力机理，提出了节点设计的建议。
关键词：钢梁-钢筋混凝土柱；全钢连接；组合节点；非线性有限元1概述近年来，在组合结构中出现了一种新型的结构形式:钢梁-钢筋混凝土柱组合结构(RCS)[1]。
此类结构突破了传统结构采用纯钢筋混凝土构件或采用纯钢构件的限制，将两种材料取长补短，具有合理性。
钢筋混凝土柱作为压弯构件，其刚度大、耐久耐火性及受压性能好；而钢梁作为受弯构件，其塑性性能好、强度较高、质量轻，可加快工程施工的进度，并且能减小构件的截面尺寸，增加有效使用空间，特别适用于大型工业厂房。
考虑钢梁延性较好，钢筋混凝土柱刚度较大，二者的组合能更好地控制结构在地震作用下达到“强柱弱梁”的效果，使塑性铰优先出现在梁端。
钢-混凝土组合结构能够充分发挥钢和混凝土各自在强度、刚度、延性及建筑功能适用性等方面的优势，在国内外得到了广泛的应用[2]。
2钢梁-钢筋混凝土柱组合节点国内外研究现状 2.1国外研究现状对组合结构的研究具有代表性的是美国和日本。
美国一般采用梁贯通式；日本多采用柱贯通式。
美国Kanno等学者认为，钢梁-混凝土柱组合结构构件的基本破坏模式可分为梁塑性铰破坏、柱塑性铰破坏、梁柱节点混合破坏及节点破坏4种形式，其中节点破坏模式可分为节点的混凝土承压破坏及节点区域内的剪切破坏[3-4]。
日本的Koichi Minami等的试验结果表明，在节点域内柱贯通式节点比梁贯通式节点的耗能能力强[5]。
钢结构平板铰接柱脚的有限元分析
肋 ,加 劲 肋 的 尺 寸 (mm)为 90× 16× 300,靴 梁 与 加 劲 肋 均 为 Q235钢 。在 同 样 承 受 底 部 混凝土基础传递来的荷载作用下,应力分 布如图3所示。
显然,通过设置靴梁和加劲肋,可以有 效降低柱脚底板的应力峰值,减少底板的 变 形 ,达 到 保 护 柱 脚 的 目 的 。但 是 同 时 也 可 以看出,采用矩形钢板做靴梁和肋板时,在 靴梁和肋板的自由尖端应力值很小,浪费 钢 材 。为 了 优 化 设 计,可 以 将 靴 梁 和 肋 板 的 尖端切去,优化后的柱脚模型如图4所示。 从图3和图4的对比可以看出,对靴梁和肋 板进行切割后基本上不影响柱脚的受力情 况 ,同 时 减 少 了 钢 材 的 用 量 (见 图 4)。
板,以改善底板的受力情况,保证柱脚的安 全性。
参考文献
[1] 赖 永 标 , 胡 仁 喜 ,黄 书 珍 .ANSYS 11.0 土 木 工 程 有 限 元 分 析 典 型 范 例 [M].电 子 工 业 出 版 社 ,2007,10.
[2] 杨 晓 莉 , 何 俊 祥 . 钢 结 构 柱 脚 节 点 设 计 浅 谈 [J].土 建 设 计 ,2005第 3期 .
参考文献
[1] 乔 生 儒 ,3DC/SiC复 合 材 料 的 损 伤 机 理 [J],机 械 强 度 ,2004,6(3):307～312.
[2] 韩 黎 明 ,3D～ BC/SiC复 合 材 料 冲 击 响 应 特 性 及 粉 化 机 理 研 究 [D],北 京 :北 京 理 工 大 学 机 电 工 程 学 院 ,1998.
不同冲击压力P下测得的破坏波速度V 的 f
线性拟合为:
Vf = A + BP P > Pth
钢框架梁柱端板连接有限元分析
ｐ ｃｔ ． Ｉ ｈｓｐ ｐ ｒ ｈ ｅ ｒｅｏ ｆ ｅ ｃ ｎ ａｌ ｏ ｂｎ ｔ ｎ ｆ ａ ｔｒ ｔ ｉ ｅｅ ｔ ｅ ｅｓｔ ｈ ｉ ａｉ ｙ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｔ ｅｄ ｇ ｅ ｆｉ ｌ ｎ ｅｏ ｌｃ ｍ ｉａｉ ｓｏ ｃｏ ｓａ ｆ ｒｎ ｖ ｌ ｏｔ ｅｉ — ｎ ｕ ｏ ｆ ｄｆ ｌ ｎ
中还运 用正 交试验 设 计 的方 法 ， 分析 各 因素在 不 同水 平 组合 下 对 节点 初 始 转动 刚 度 和极 限弯矩 承 载 力 的影 响程 度 ， 出各 因素 的最优 水平 组合 ， 对 正 交试验 的各 因素进 行 回归 分析 ， 出初 始转 得 针 得
动 刚度 和极 限 弯矩承 载 力与影 响 因素相 关 关 系的近似 经验 公 式 ． 关键 词 ： 刚性 端板连 接 ； 始 转动 刚度 ； 限 弯矩 承 载力 ； 交极差 分析 半 初 极 正 中图分 类号 ： Ｕ３ ２． Ｔ ９ １ 文 献标 志码 ： Ａ
ｔ ｌ ｏ ａ ｉｎ ｌ ｔ ｆ ｅ ｓａ ｄ ｔ ｅ ｕ ｔ ｔ ｍｅ ｔ ａ ａ ｉ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ｂ ｓｎ ｒ ｈ ｇ ｎ ｌ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｉ ｔ ｔ ａ ｓ ｉ ｎ ｓ ｎ ｈ ｌｉ ｅ ｍｏ ｎ ｐ ｃｔ ａ ｅａ ａｙ ｅ ｙ ｕ ｉ ｇ ｏ ｔ ｏ ｏ ａ ｐ ｒ ａ ｒ ｏ ｆ ｍａ ｃ ｙ ｅ ｍｅ ｔ ｌ
ｉ ｉｉｌ ｏ ａ ｉ ｎ ｌ ｔ ｆ ｅ ｓａ ｄ ｕ ｔｍａ ｅｍｏ ｎ ａ ａ ｉ ｆｔ ｅｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ，ｂ ｔ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅｒ ｔ ｔ ｎ ｃ — ｎ ｔ ｔ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ｎ ｌ ａ ｒ ｏ ｓｆ ｉ ｔ ｍｅ ｔｃ ｐ ｃ ｔ ｏ ｈ ｏ ｎ ｃ ｉ ｓ ｕ ｄ ｃ ｈ ｏ ａ ｉ ａ ｙ ｏ ｒ ｏ
新型榫卯钢结构梁柱边节点承载力试验及有限元分析
第51卷第2期2021年1月下建筑结构Building StructureVol．51No．2Jan．2021DOI :10.19701/j．jzjg．2021.02.009*国家自然科学基金项目(51778219)。
作者简介:谭杰，硕士研究生，Email :jietan@hnu．edu．cn 。
新型榫卯钢结构梁柱边节点承载力试验及有限元分析*谭杰1，舒兴平1，张再华2(1湖南大学土木工程学院钢结构研究所，长沙410082;2湖南城市学院土木工程学院，益阳413000)［摘要］提出了一种方钢管混凝土柱与外包U 形钢混凝土组合梁的梁柱边节点连接形式，即新型榫卯钢结构梁柱边节点。
为研究该节点的承载能力以及破坏模式，开展了2个边节点的单调静力承载试验。
试验使用几何可变框架进行柱端加载，并利用ABAQUS 有限元软件对试件进行分析。
结果表明:各个试件的破坏主要集中于贯穿槽钢与钢管柱的焊缝，该类组合节点具有较高的承载能力和延性;有限元理论分析与试验结果吻合良好，验证了理论分析的正确性。
［关键词］榫卯钢结构;边节点;单调静力承载试验;承载能力;延性中图分类号:TU398.9文献标识码:A文章编号:1002-848X (2021)01-0050-07［引用本文］谭杰，舒兴平，张再华．新型榫卯钢结构梁柱边节点承载力试验及有限元分析［J ］．建筑结构，2021，51(2):50-56．TAN Jie ，SHU Xingping ，ZHANG Zaihua．Bearing capacity test and finite element analysis of beam-column edge joints of new tenon-mortise steel structure ［J ］．Building Structure ，2021，51(2):50-56．Bearing capacity test and finite element analysis of beam-column edge joints ofnew tenon-mortise steel structure TAN Jie 1，SHU Xingping 1，ZHANG Zaihua 2(1Steel Structural Institute of Civil Engineering College ，Hunan University ，Changsha 410082，China ;2College of Civil Engineering ，Hunan City University ，Yiyang 413000，China )Abstract :A new type of beam-column edge joint between concrete-filled square steel column and composite concrete-filled U-shaped steel beam was proposed ，which was called beam-column edge joint of new tenon-mortise steel structure．In order to study the bearing capacity and failure mode of the joints ，bearing capacity test with monotonic static of two edge joints were carried out．In the experiment ，the geometrically variable frame was used to carry out the test loading at the top of the column ，and ABAQUS finite element software was used to analyze the specimen．The results show that the failure of the specimens is mainly concentrated in the welds between the channel steel and the steel pipe column ，and the composite joints have high bearing capacity and ductility．The results of finite element analysis are in good agreement with the experimental results ，which verify the correctness of the theoretical analysis．Keywords :tenon-mortise steel structure ;edge joint ;bearing capacity test with monotonic static ;bearing capacity ;ductility0引言随着我国房屋建筑过程中建筑技术的不断提高以及建筑产业的不断发展，各种新的构件和结构形式不断出现。
钢梁柱节点受力性能的有限元分析
塑性 阶段 增 量 为 １ｍｍ。 ０
弹 塑性 分 析 以试 验 中 的 节 点 试 件 为 分 析 原 型 ，每 个 试
征 及 极 限承 载 力 。 Ｎ Ｙ Ａ Ｓ Ｓ计 算 分析 的 结果 与有 关理 论 及 试 验 研 究 结果 吻 合 较 好 。 对 梁柱 节 点 的 力 学性 能 进 行 了分 析 ， 对 并 即
梁 柱 节 点 形 式进 行 了优 化 分 析 处 理 ， 出了 更 为 经 济合 理 的更 有 利 于改 善 节 点 抗 震 性 能 的 改 进 型 结 构 。 提
接 处 ， 多为 完 全 脆 性 断 裂 。 且 为 研 究 并 评 价 梁 柱 节 点 的抗 震 性 能 ，探 讨 节 点 脆 性 破 坏机理 ， 分析 节点 的应 力 分 布 ， 求新 型抗 震 节 点 ， 文 采 寻 本 用 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 软 件 ，对 四种 不 同构 造 型 式 的节 点 进 行 了 ＮＹ 弹 塑性 有 限 元 分 析 ， 析 结 果 与 有 关 试 验 结 果 吻 合 较 好 。 分
在 １９ ９ ４年 美 国 Ｎ ｒ ｒ ｇ ｏｔ ｉ ｅ和 １ ９ ｈｄ ９ ５年 日本 Ｋ ｂ 地 震 中 ， ｏｅ
按 抗 震 规 范 所设 计 的 钢 框 架 梁 柱 节 点 ，并 未 像 所 期 望 的 那
样 如 期 形成 塑性 铰 ， 耗 散 地 震 能 量 ， 持 结 构 完 整 ， 是 以 保 而 遭 受 了 严 重 的 脆 性 破 坏 ，节 点 破 坏 主要 发 生 在梁 柱翼 缘 焊
L型钢骨混凝土柱梁柱节点有限元分析
２１ ０ １年第 ４期 （ 总第 １４期 ） ５
在建立模 型的时刻 ， 充分考 虑节 点 的对应 和单 元 形状 的划分 ， 同时采用 Ａ Ｓ Ｓ自带 的 Ａ Ｄ ＮＹ Ｐ Ｌ参数化命
分组成 ， 用分离 式 有 限元模 型 ， 选 建模 时 暂不在 型 钢 和混凝 土之间插入粘 结滑移 元。混凝 土、 型钢 和钢 筋
部探矿工程 ，０ ９ （ ） ２０ ，５ ．
性强 、 施工处理快速 等特点 ， 同时施工安 全可 靠 ， 施工
方 案对 策可行 ， 济效 益 明显 ， 经 为类 似地 质 围岩 隧道 及其它地下 工程 预 防塌方 施 工处理 技 术积 累 了相关
经验 ， 以备后续建设项 目借鉴 。
参 考 文献
京： 人民交通 出版社 ．０ ９：． ２０ ９
（ ） 采用 Ｙ射线密度计法。它属于物理 探测方 ８
法 的一种 ， 在现 场可 测定 土体 的密度 ， 以说 明注浆 用
效果 。
【 ］ 崔玖 江 ．隧道与地下 工程 修建技术 ［ ］北 京： ２ Ｍ． 科学 出版社 ．
２０ １ ｏ ５：．
［ ］ 张庆贺 ， 明， １ 寥少 胡向东 ． 隧道 与地 下工程灾害 防护［ ．北 Ｍ］
［ 收稿 日期］ ２１ １ １ ００— ２— ３
［ 作者简介】 张志伟 （９ ９ ， ， １７ 一） 男 黑龙 江呼兰人 ， 硕士 ， 工程 师， 研究方 向： 桥梁与隧道工程。
低 温
建
筑
技
术
南京210007摘要运用有限元软件采用分离式有限元模型选择实体壳和杆单元分别模拟混凝土钢骨和钢筋建立了三个l型钢骨混凝土柱梁柱节点模型并考虑材料几何双重非线性对三类典型的节点失效模式即梁铰型核心区剪切型以及混合型进行了深入研究和分析并总结失效模式特点归纳相关影响参数
钢管混凝土柱节点承载力有限元分析
钢管混凝土柱节点承载力有限元分析摘要：以某钢管桁架与钢管混凝土柱的连接节点为研究对象，采用有限元软件ABAQUS，分析节点在复杂受力状态下的承载能力，通过分析有限元计算结果，节点满足设计要求。
关键词：有限元分析，节点承载力，ABAQUS，塑性损伤模型引言作为构件连接与传力的重要部分，钢结构节点受力分析是结构安全的重要保障。
本文以一主展馆钢管桁架与钢管混凝土柱的连接节点为研究对象，采用有限元软件ABAQUS，分析节点的承载能力，并与试验结果比较，验证节点安全性。
1.有限元模型1.1.材料本构模型钢管桁架弦杆与钢管混凝土柱外壁为Q345钢材，采用四折线理想弹塑性本构模型，如图1[1]。
图1 钢管本构模型钢管混凝土柱核心混凝土标号为C40，采用塑性损伤本构模型。
此本构模型假定：在不大于4或5倍的极限单轴压应力的低围压条件下，混凝土为脆性材料，主要破坏机理表现为拉裂与压碎。
在模拟混凝土在单向、循环及动荷载作用下的不可逆损伤破坏行为等方面，塑性损伤本构模型具有较好收敛性能[1]。
混凝土単轴应力应变关系见式（1）、（2）[2]：受压时：（1）受拉时：（2）其中，、或为混凝土峰值单轴压、拉应力，为对应峰值应变，为单轴全应力应变关系曲线的参数值，取值见文献[2]。
参考文献：[1]、[3]，可得压缩损伤值、拉伸损伤值与非弹性应变、开裂应变的关系，其曲线如图2。
（a）压应力-非弹性应变关系（b）损伤值-非弹性应变关系（c）拉应力-开裂应变关系（d）损伤值-开裂应变关系图2 混凝土C401.2.模型建立本文研究的节点为桁架的各杆件通过节点板与钢管混凝土柱连接，其杆件布置图如图3，GGKZ为钢管混凝土柱，有限元模型如图4。
图3 桁架杆件布置图（a）整体模型及杆件编号（b）节点板模型图4 有限元模型假定钢管柱范围内节点板完全嵌固在核心混凝土中，不考虑它们之间的滑移，其接触采用embedded region命令。
假定核心混凝土与钢管相互作用分解为法向与切向两个方向作用：法线方向为硬接触（hard contact），切向作用采用库伦摩擦模型（coulomb friction）模拟：接触面可传递法向压力，并在切向产生摩擦力，其摩擦系数取0.6[4]，当切向力大于临界摩擦力时，接触面即发生相对滑移，结合工程实际，假定滑移为小滑移（small sliding）；当接触面法向压力为零或者负值时，两接触面分离，相应节点接触被解除。
T型钢梁柱连接的有限元分析方法
１ ． ４ 材 料属性 定义
在有限元计算过程 中， 梁、 柱、 加劲肋的材料性 质均采用与试件相同值 ， 并且假定钢材分布均匀， 各 处 的应 力— —应 变 曲线 相 同 ， 不 考 虑 钢 材 轧制 对 钢 材性能的影响 ， 钢材各向同性。钢材 的弹性模量为 ： Ｅ＝ ２ ． ０ ６ ｅ ５ ＭＰ ａ ， 泊 松 比取为 ｔ ， ＝ ０ ． ３ 。应 力应 变关 系
第２ ９ 卷
第１ ３ 期
甘肃科 技
Ｇａ ｎ ｓ ｕ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ
０ ， Ｚ ． ２ ９
＾ ｒ ０ ． １ ３
２ ０ １ ３年 ７月
． ， 以． ２ ０ １ ３
Ｔ型 钢 梁 柱 连 接 的有 限元 分 析 方 法
赵 玉霞
考 虑 了 Ｔ型钢 和梁柱翼缘连 接处 的接触 、 Ｔ型钢 与粱
１ 基本 方法介绍
１ ． １ 基本 假设 …
在进行有限元分析的过程 中， 不考虑几何缺陷 的影 响 ， 也 不考 虑 诸 如 螺 栓 洞 口边缘 的非 线 性 或 由
于螺 栓 撬 力 的 大 小 不 均 所 引 起 的 Ｔ型 钢 的 应 力 变 化， 柱 翼 缘与加 劲 肋 在 焊 接 时的 收 缩 引起 板 的变 形 也不 在本 文 的研 究 范 围 ， 同时 假 设 螺 栓在 洞 边 界 没
，
甘
肃
科ห้องสมุดไป่ตู้
技
第２ ９卷
泊 松 比取 为。对 于 螺 栓 材 料 ， 当应 变
当应变达 到 ０ ． １时 便 达 到极 限应 力， 极 限应 力
１ １ ３ ０Ｍ Ｐａ。
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图3 复合材料中剪切裂纹滑移对纤维的损伤分析图
图4 波系图
(上 接 96页 )
强 度 设 计 值 fc=7.5N/mm2。图 2所 分 析 的 柱 脚是最简单的柱脚构造形式,在柱下端仅 焊 一 块 底 板 ,底 板 尺 寸 (mm)为 450× 30× 600,柱的截面高度为400mm,柱的翼缘板厚 度 为 20mm,宽 度 为 250mm,柱 的 腹 板 厚 度 为 16mm,柱 截 取 500mm高 并 且 上 部 固 定 , 柱与底板的连接模拟成为一体(替代了焊 缝 连 接 ),柱 脚 钢 材 为 Q235钢 。
(a)
(b)
图1 平板式柱脚构造图
2 平板式柱脚的有限元分析
在对柱脚进行有限元分析时,整个结 构采用实体单元建模(即六面体单元),底板 施加均匀分布的荷载,大小为混凝土抗压
图2 平板柱脚的应力分布图
图3 加强的平板柱脚的应力分布图
９６
科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
肋 ,加 劲 肋 的 尺 寸 (mm)为 90× 16× 300,靴 梁 与 加 劲 肋 均 为 Q235钢 。在 同 样 承 受 底 部 混凝土基础传递来的荷载作用下,应力分 布如图3所示。
显然,通过设置靴梁和加劲肋,可以有 效降低柱脚底板的应力峰值,减少底板的 变 形 ,达 到 保 护 柱 脚 的 目 的 。但 是 同 时 也 可 以看出,采用矩形钢板做靴梁和肋板时,在 靴梁和肋板的自由尖端应力值很小,浪费 钢 材 。为 了 优 化 设 计,可 以 将 靴 梁 和 肋 板 的 尖端切去,优化后的柱脚模型如图4所示。 从图3和图4的对比可以看出,对靴梁和肋 板进行切割后基本上不影响柱脚的受力情 况 ,同 时 减 少 了 钢 材 的 用 量 (见 图 4)。
1 平板式柱脚的构造
如图1所示是几种常用的平板式铰接 柱 脚 。由 于 基 础 混 凝 土 强 度 远 比 钢 材 低,所 以必须把柱的底部变大,以增加与其基础 顶 部 的 接 触 面 积 。图 a 是 一 种 最 简 单 的 柱 脚 构造形式,在柱下端仅焊一块底板,柱中压
力 由 焊 缝 传 至 底 板 ,再 传 给 基 础 。这 种 柱 脚 只能用于小柱型,如果用于大柱型,底板会 太 厚 。一 般 的 铰 接 柱 脚 常 采 用 图 b的 形 式 , 在柱端部与底板之间增设一些中间传力零 件 , 如 靴 梁 、隔 板 和 肋 板 等 , 以 增 加 柱 与 底 板的连接焊缝长度,并且将底板分隔成几 个 区 隔 ,使 底 板 的 弯 矩 减 小 ,厚 度 减 薄 。图 b 中,靴梁焊于柱的两侧,在靴梁之间用隔板 加强,以减小底板的弯矩,并提高靴梁的稳 定性(见图1)。
图4 优化的平板柱脚的应力分布图 ( 下转 9 8 页)
科技创新导报 ２００９ ＮＯ．３３ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
裂纹的成核和扩展,同时材料中存在较多 的 裂 纹 、孔 洞 等 微 观 缺 陷,由 此 导 致 如 图 所 示 的 纤 维 束 的 剪 断 和 碎 化[2](见图3、图4)。
不同冲击压力P下测得的破坏波速度V 的 f
线性拟合为:
Vf = A + BP P > Pth
(4)
式中 P 取压应力为正,A和B为拟合系
数[2]。
4 结语
3D C/SiC基复合材料在冲击载荷作用
工 程 技 术
下以破坏波的形式,从碰撞面开始向里传 播,当冲击压力超过某一阈值时,其破坏阵 面 的 传 播 速 度 与 冲 击 压 力 成 线 性 关 系 。陶 瓷基复合材料3D C/SiC复合材料的破坏状 态主要由SiC基体材料控制,材料中的为孔 洞在冲击压缩载荷下塌缩以及由此引起的 微细裂纹的扩展演化是导致材料破坏的重 要原因。
[3] 张 庆 明 , 黄 风 雷 , 韩 黎 明 , 冲 击 压 缩 3DC/SiC复 合 材 料 的 破 坏 波 传 播 [J],科 学 通 报 ,1999,17(44).
[4] Berry,J.P.,Mech.Phys.Solids,31, 1990,31:2233～ 2236.
[5] 柯 孚 久 ,白 以 龙 ,夏 蒙 芬 ,理 想 微 裂 纹 系 统 的 演 化 特 征,中 国 科 学 ,A辑 ,第 6期 , 1990,621～ 631.
参考文献
[1] 乔 生 儒 ,3DC/SiC复 合 材 料 的 损 伤 机 理 [J],机 械 强 度 ,2004,6(3):307～312.
[2] 韩 黎 明 ,3D～ BC/SiC复 合 材 料 冲 击 响 应 特 性 及 粉 化 机 理 研 究 [D],北 京 :北 京 理 工 大 学 机 电 工 程 学 院 ,1998.
板,以改善底板的受力情况,保证柱脚的安 全性。
参考文献
[1] 赖 永 标 , 胡 仁 喜 ,黄 书 珍 .ANSYS 11.0 土 木 工 程 有 限 元 分 析 典 型 范 例 [M].电 子 工 业 出 版 社 ,2007,10.
[2] 杨 晓 莉 , 何 俊 祥 . 钢 结 构 柱 脚 节 点 设 计 浅 谈 [J].土 建 设 计 ,2005第 3期 .
纤维束的剪断和碎化局限于裂纹尖端 的 应 力 集 中 区 ,即 孔 隙 和 缺 陷 处 。连 接 单 元 胞对角线的四束纤维交汇于单元胞的中心 “ 纤 维 束 交 汇 处 ”往 往 存 在 封 闭 的 死 角 ,C VI 工 艺 沉 积 的 SiC很 难 进 入 此 处 ,形 成 了 孔 隙,因此在冲击载荷较低时,在此交汇处的 孔隙塌缩以及引起的裂纹首先将纤维剪 断 ,其 碎 裂 长 度 较 大 ,随 着 冲 击 载 荷 的 增 大,纤维碎化成微米量级的颗粒。
科技创新导报 ２００９ ＮＯ．３３ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 钢结构平板铰接柱脚的有限元分析
工 程 技 术
刘春波1 隋殿勇2 (1.烟台市莱山区市政公用事业处; 2.烟台大学后勤集团 烟台 264000)
摘 要:本文采用有限元分析的方法研究了钢结构平板式柱脚在轴力作用下的应力分布,通过对不同类型柱脚的分析,给出了柱脚设计的
现二次压缩加载的时间;应力波从界面反射 的波速 Cr1 ,从破坏区边界反射的压缩波速
Cr2 ,在 实 验 压 力 不 高 时 ,取 Cr1 ≈ Cr 2 ≈ Ds , Ds 为 冲 击 波 速 度 ,根 据 波 系 图 可 知 ,破 坏 层 宽 度 计 算 公 式 为 [6]:
hf
= h − t1 − t 0 2
因此,3D C/SiC复合材料在冲击载荷 作用下的破坏状态主要由SiC基体材料控 制,材料中的微孔洞在冲击压缩载荷下的 塌缩以及由此引起的微细裂纹的扩展演化 是导致材料破坏的重要原因。
3 破坏波传播速度
由波系图4再根据实验测得的波形图,可 以计算破坏区的宽度和破坏波的平均传播
速度。取 hf 为破坏层宽度; h 为靶面到反射 界 面 处 的 距 离 ; ht 为 未 破 坏 区 的 宽 度 ; t0 为 应力波信号初始起跳时间; t1 为波形图上出
Ds
=
h
−
1 2
Dstr
(1)
引入公式
tf
=
h Ds
+ h − hf Ds
(2)
这 样 可 得 破 坏 波 的 平 均 传 播 速 度 Vf:
Vf
= hf tf
(3)
Parton通过实验分析得出在冲击压力P
超
过
某
一
阈
值
P
th
时
,破
坏
波
速
与
P
成 线 性 关 系 的 结 论 。为 此 ,根 据 同 一 试 件 在
一些基本建议。
关键词:钢结构平板柱脚 有限元分析 设计建议
中 图 分 类 号 :TU7
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :1674-098X(2009)11(c)-0096-02
随着我国社会经济的发展,大型体育 场 馆 、钢 结 构 工 业 厂 房 、工 业 设 备 支 架 和 钢 结 构 住 宅 开 始 大 量 涌 现 。这 些 钢 结 构 中 的 柱一般都是通过柱脚底板将力扩散到混凝 土 基 础 。多 年 来,柱 脚 底 板 均 采 用 基 于 弹 塑 性薄板弯曲理论下的简化计算方法,即假 设柱底板仅发生弹性变形,将柱底板视为 支承在柱上的悬臂板承受混凝土基础传来 的反力,底板厚度由底板的抗弯强度决定。 这些方法假定忽略有利因素过多,计算结 果 底 板 厚 度 偏 大 ,给 钢 材 供 应 、加 工 制 造 、 现 场 安 装 等 带 来 极 大 不 便 。设 计 时 应 该 考 虑 钢 柱 、柱 脚 底 板 和 混 凝 土 基 础 三 者 的 相 互作用原理,可以采用大型有限元分析软 件 ANSYS11.0,对 其 进 行 材 料 非 线 性 静 力
从图2可以看出:最简单的平板柱脚底 板处应力达到很大值,红色区域部分达到 了钢板的屈服强度而发生很大的塑性变 形,这种形式的柱脚承受荷载能力较差(见 图2)。
在图2所示的柱脚模型基础上在柱的 两侧焊接靴梁,靴梁的尺寸(mm)为400×10 × 600,然 后 在 两 个 靴 梁 外 部 焊 接 四 块 加 劲
铰接柱脚不承受弯矩,只承受轴向压 力 和 剪 力 。剪 力 通 常 有 底 板 与 基 础 表 面 的 摩 擦 力 传 递 。此 当 摩 擦 力 不 足 以 承 受 水 平 剪力时,应在柱脚底板下设置抗剪键,抗剪 键 可 用 方 钢 、短 T字 钢 或 H型 钢 做 成 。铰 接 柱脚通常仅按承受轴向压力计算,轴向压 力 N一 部 分 由 柱 身 传 给 靴 梁 、肋 板 等 ,再 传 给底板,最后传给基础;另一部分是经柱身 与底板间的连接焊缝传给底板,再传给基 础。