王文琪
【摘 要】利用Ansys软件建立有限元模型,分析外露式柱脚节点的实际工作性能.现行的柱脚底板计算通常把底板分为几个区格,分别设计加劲板、底板和相关焊缝,实际上它们通过焊缝连接为一个整体.本文对柱脚底板进行整体有限元分析,修正计算系数. 【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】压电陶瓷驱动电源2012(034)008地磁指数预报
【总页数】2页(P94-95)
【关键词】外露式柱脚;底板分析;有限元模型
【作 者】王文琪
【作者单位】中国移动通信集团设计院有限公司,北京100080
【正文语种】中 文
【中图分类】TU392
本文用Ansys有限元模型分析钢结构柱脚实际受力状况。采用三维实体单元SOLID 45模拟钢材，SOLID 65模拟混凝土，考虑了底板、锚栓和混凝土的接触问题，选取了面与面接触分析模型，采用三维接触单元TARGE170和CONTA173。
1 模型的适用性验证
为了验证本文有限元模型的正确性和精度，将有限元结果与文献［1］所介绍的试验结果进行比较。试验曲线和有限元计算M－φ曲线对比如图1所示。通过对比可知:柱脚节点弹性刚度和抗弯极限承载力的有限元值与试验值吻合较好，模型比较准确的反映了节点的性能，能够为深入分析提供足够的精度。
2 模型的建立与分析
在此基础上建立模型:四个锚栓对称布置，设置锚栓支承托板的柱脚节点［2］，如图2所示。
钢柱全部选取热轧H型钢HM400×300，钢材型号选用Q235，底板尺寸700mm×400mm，基础选用C40混凝土。底板在上层底板高度H=500mm，底板钢材型号选用Q235，锚栓钢材型号选用Q345，加劲板厚度为16mm。改变柱脚节点加劲板高度和锚栓支承托板厚度。共做7个试件，其截面尺寸和特性见表1。多媒体教学讲台
车载厨房3 外露式柱脚底板厚度的设计方法探讨
柱脚底板计算中，底板分为几种区格，分析其中的一种类型:三边支承一边自由区格，如图3所示。通过焊缝把外力传给底板，底板再分散传至柱脚下混凝土基础，分别设计加劲板、底板和相关焊缝。本文在文献［3］的基础上，对柱脚底板进行整体有限元分析，研究底板的实际工作情况，得出更符合实际情况的简化设计参数。
表1 试件截面尺寸及材料参数试件底板t p/mm锚栓t p1/mm 锚栓加劲板37 30 30 M36 100 38 30 30 M36 200 49 30 30 M36 300 40 30 30 M36 400 41 30 12 M36 200 42 30 20 M36 200 43 30 40 M36 200
底板厚度的传统方法计算:
单位板宽的最大弯矩的计算公式为［4］:
对于三边支承一边自由区格，最大弯矩的计算公式为:
式中，α为弯矩系数;σcmax为底板下混凝土的最大压应力;σc，1为区格内底板下混凝土的最大压应力;B为底板宽度;L为底板长度;α为区格自由边长度;σmax为区格内底板的最大弯曲应力。
①区格和②区格两种方法计算结果对比见表2。在ANSYS结果中可以看出区格弯曲应力最大值出现在横向加劲板自由边端部。而现行方法设计认为在纵向加劲板中央。试件D1-2在弯矩M=250kkN·m时刻底板弯曲应力见图4。当加劲板高度为100mm时，底板应力有限元值明显高于计算值，随着加劲板高度的增加，底板应力降低，最终低于计算值;而上底板厚度变化时，底板应力变化不大。①区格有限元应力平均值稍高于传统方法计算值，②区格有限元应力平均值低于传统方法计算值。
表2 弯曲应力有限元与计算结果对比N·mm－2注:取弯矩M=250kN·m，试件D2-1取弯矩M=180kN·m时刻区格编号①试件编号D1-1 D1-2 D1-3 D1-4 D2-1 D2-2 D2-3平均值有限元
值136 116 110 95 110 120 117 115传统方法112 112区格编号②试件编号D1-1 D1-2 D1-3 D1-4 D2-1 D2-2 D2-3 123 123平均值有限元值140 119 96 81 110 123 117 112传统方法
木馏油可见结果存在安全隐患，因此修正设计参数。根据本章有限元结果，用修正弯矩系数αy来计算底板厚度，见表3。
表3 系数α值注:a为区格自由边长度;b为区格外伸边长度。b/a 0.985 1.418传统方法α 0.098 0.130 0.111 0.127 αy
4 结语
本文探讨了外露式柱脚底板厚度的设计方法，以三边支承一边自由区格底板为例计算，与有限元结果对比分析，表明按照传统方法计算，在有些情况下会偏于不安全。本文又修正了计算系数。为了满足实际工程，可以做更多的模型分析得到更为准确的数据来修正各个计算参数。
参考文献
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［2］Liu Hongbo，Xu Longjun，Li Shuang，Shao Yongsong.Amodel of steel frame for simulating connection fractures［J］.Key Engineering Materials，2011，425:469－472.
［3］邬胜，曹平周.钢结构柱脚底板设计分析［J］.钢结构，2002，33:12－16.
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