平板柱脚对轴压柱转动约束的研究

论文摘要

目前,我国《钢结构设计规范》（GB50017-2003）对于采用平板柱脚的轴心受压柱,柱脚均当作理想铰接对待,未考虑柱脚对柱的转动约束作用。而理论分析和试验研究均表明平板柱脚具有相当可观的转动约束作用。为了研究平板柱脚对柱的转动约束作用,本文对采用平板柱脚的H型截面柱进行了试验研究。试验得到了柱脚弯矩-转角曲线,研究了底板厚度、锚栓数量以及长细比对转动刚度的影响,并分析了转动刚度对柱计算长度系数的影响;利用ANSYS软件建立平板柱脚有限元模型,对试验试件进行计算,并将计算结果与试验结果进行对比,验证了模型的准确性,在此基础上,系统分析了底板厚度、锚栓数量与直径、柱截面尺寸、长细比、混凝土强度等级以及钢材型号等因素对轴压柱平板柱脚转动刚度的影响。本文基于试验数据,对轴压柱平板柱脚转动刚度的计算公式提出了建议;推导得出了柱脚转动刚度与柱计算长度系数之间的关系。在对试验试件柱计算长度系数进行计算的基础上分析了底板厚度、柱截面尺寸、长细比以及混凝土弹性模量对计算长度系数的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 平板柱脚国内外研究现状及分析
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究对象与主要内容
• 2 平板柱脚对柱转动约束试验研究
• 2.1 概述
• 2.2 材性试验
• 2.2.1 钢材材性试验
• 2.2.2 混凝土材性试验
• 2.3 平板柱脚对柱转动约束试验研究
• 2.3.1 试验目的
• 2.3.2 试件设计
• 2.3.3 试验装置
• 2.3.4 测量方案
• 2.3.5 加载方案
• 2.4 试验现象
• 2.5 试验结果
• 2.5.1 试件弯矩-转角曲线
• 2.5.2 试件转动刚度与柱计算长度系数
• 2.5.3 试验结果分析
• 3 平板柱脚有限元模型的建立
• 3.1 概述
• 3.2 ANSYS 有限元模拟基本过程
• 3.2.1 定义材料特性和单元类型
• 3.2.2 建立几何模型
• 3.2.3 建立接触
• 3.2.4 施加边界约束条件
• 3.2.5 求解设定
• 3.2.6 数据后处理
• 3.2.7 本文ANSYS 分析步骤总结
• 3.3 有限元分析与试验结果对比
• 3.3.1 承载力对比
• 3.3.2 弯矩-转角曲线对比
• 3.3.3 变形对比
• 3.4 本章小结
• 4 轴压柱平板柱脚转动刚度的影响因素分析
• 4.1 钢柱绕强轴受弯
• 4.1.1 锚栓数量的影响
• 4.1.2 底板厚度的影响
• 4.1.3 长细比的影响
• 4.1.4 柱截面尺寸的影响
• 4.1.5 混凝土强度等级的影响
• 4.1.6 锚栓直径的影响
• 4.1.7 钢材型号的影响
• 4.2 钢柱绕弱轴受弯
• 4.2.1 锚栓数量的影响
• 4.2.2 底板厚度的影响
• 4.2.3 长细比的影响
• 4.2.4 柱截面尺寸的影响
• 4.2.5 混凝土强度等级的影响
• 4.2.6 锚栓直径的影响
• 4.2.7 钢材型号的影响
• 4.3 本章小结
• 5 轴压柱平板柱脚转动刚度和柱计算长度系数
• 5.1 平板柱脚初始转动刚度
• 5.2 柱计算长度系数
• 5.2.1 轴心受压柱计算长度系数
• 5.2.2 偏心受压柱计算长度系数（小偏心）
• 5.3 试件计算长度系数
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录一： 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录二： 研究生期间参加的社会实践