带抗剪环的埋入式钢管混凝土柱脚节点受力性能有限元分析

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钢管混凝土结构在高层建筑中应用广泛。在钢管混凝土结构设计中,柱脚节点的设计是一个重要环节。现有的柱脚节点形式还不能满足高层钢管混凝土结构的需要,在实际应用中埋入式钢管混凝土柱脚节点的冲切破坏机理、破坏形态以及承载力影响因素、承载力计算公式等仍存在诸多问题尚待解决。本文以试验为基础,选取带抗剪环的埋入基础梁式钢管混凝土柱脚节点,利用有限元分析软件ansys建立了一个与试验试件相同的柱脚节点有限元模型,选取该模型的单元类型、设置实常数、定义材料属性,根据柱脚节点模型的性能确定有限元分析的各个参数,并进行约束条件和求解设置。将有限元分析结果与试验结果进行对比,二者分析结果基本相符,证明了有限元柱脚节点模型的有效性。在此基础上,本文通过改变抗剪环直径、设置数量、设置位置这三个参数,建立了110个有限元模型试件,分别研究了抗剪环直径、设置数量、设置位置对柱脚节点在竖向轴压荷载作用下受力性能的影响。有限元分析结果表明,钢管柱外壁焊接抗剪环能有效的提高柱脚节点的抗冲切性能,并且一定范围内,随着抗剪环直径的增大或设置数量的增多柱脚节点的冲切承载力也增大;抗剪环设置位置对柱脚节点承载力的影响不太明显,位置变高,承载力会略有所提高。最后,利用数学软件1STOPT进行数值模拟,给出了带抗剪环的埋入基础梁式钢管混凝土柱脚节点的承载力建议公式。
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