轻钢门式刚架刚接柱脚转动对整体结构影响

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我国轻钢结构工程的设计过程中使用的是中国工程建设标准化协会于2002年颁布的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)。该规程中给出了露出型刚接柱脚的做法并将其作为刚架设计模型中的纯刚接节点进行分析以便于简化设计工作。实际的露出型刚接柱脚连接往往会产生转动变形而很难做到模型中的纯刚接形式,这样就与设计中的计算结果产生误差。本文总结了以往的柱脚研究成果,通过有限元方法设计了12个有限元试件对柱脚转动刚度进行模拟分析,绘制出了柱脚在受力过程中的M-θ(弯矩-转角)曲线,由此确定柱脚抗弯刚度的计算方法。  当确定露出型刚接柱脚的抗弯刚度计算方法后,将其引用到《门式刚架轻型房屋钢结构》(有吊车)(04SG518-3)的标准门式刚架厂房设计中来考虑具有部分转动约束能力的刚接柱脚对结构造成的影响,经过数值计算得出在考虑露出型刚接柱脚所具有的转动能力下,门式刚架钢架柱的计算长度系数相较于假定计算模型中的完全刚接模型增加了10%;同时门式刚架整体的柱顶水平方向侧移变形量和柱顶弯矩也有较大增加幅度。  本文中分两步进行,首先推导出露出型刚接柱脚模型的柱脚刚度计算公式并正确模拟出露出型刚接柱脚的弯矩-转角曲线,此过程考虑锚栓的直径、布置位置、底板厚度以及外加轴力对柱脚刚度的影响,有限元模拟结果应该与推导计算公式有很高的吻合度;其次是通过弯矩-转角曲线求出柱脚的弹性抗弯刚度并将其引用到实际门式刚架厂房设计中对比柱脚抗弯刚度施加前后对结构造成的影响,本文发现引入柱脚抗弯转动刚度后刚架柱计算长度系数和柱顶位移及柱顶弯矩有较大影响,并对我国《钢结构设计规范》和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》提出了相关建议。
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