基于半刚性连接的钢折梁-混凝土柱结构计算方法研究

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钢折梁-混凝土柱混合结构由于经济性好和可靠度高的双重优势,通常为一些大型厂房结构形式的最佳方案。由于种种原因,目前对于钢折梁-混凝土柱混合结构连接节点研究较少,没有形成成熟的理论,实际设计施工过程中,将其作为铰接排架或门式刚架处理,与实际的半刚接节点受力存在一定的差别,也阻碍了此类结构的推广。所以研究该结构半刚接节点的实际受力情况能够发挥连接节点承受弯矩的能力,使设计计算更加接近实际受力,避免不必要的浪费,具有重要的工程研究价值。本文用螺旋弹簧模拟节点的半刚性,将半刚性连接的钢折梁-混凝土柱混合结构按照有水平弹簧支座的两铰直线拱进行静力分析。推导了在竖向均布荷载作用下该结构节点处弯矩、剪力、位移等的计算公式,锚栓端板连接节点在弯矩作用下的初始转动刚度计算公式。并结合具体算例验证了公式的可行性。利用ANSYS有限元软件对某一实际工程的锚栓端板连接节点进行了数值模拟,分析比较刚接结构节点受力、铰接结构节点受力的应力、位移,进一步验证了公式的可行性。最后,以节点模型为基础,改变节点初始转动刚度影响因素,讨论了节点初始转动刚度随影响因素的变化规律。研究表明,半刚性连接节点是一种介于刚接与铰接的节点,能够承担一部分弯矩,随着初始转动刚度的增大,梁柱节点处承受的弯矩逐渐增大,柱脚处承受的弯矩、钢折梁中点处承受的弯矩逐渐降低。半刚接节点在弯矩作用下,最外排锚栓,最外排锚栓栓杆与垫板接触部位应力最大,折梁底部、垫板外缘应力相对较大,锚栓发生伸长变形、螺母处螺杆发生弯曲变形,垫板外缘发生微小翘曲变形。分别增大锚栓直径、端板厚度、锚栓数目和柱截面面积时,节点初始转动刚度逐渐增大,但当其增大到一定程度,影响因素的改变对于转动刚度的影响不再显著。
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