（１）ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆｔｗｏ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔｓ ｓｙｍｍｅｔｒｙ ａｒｒａｎｇｅｄ；
（２）ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｒ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔｓ ｓｙｍｍｅｔｒｙ ａｒｒａｎｇｅｄ；
ｓｙｍｍｅｔｒｙ （３）ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｒ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔｓ
我国已颁布了《钢结构设计规范》（ＧＢ ５００１７－２００３）等规范和规程来适 应钢结构在我国的迅速发展。钢结构的结构体系是由构件和节点构成的，对 构件及其体系形式的研究历史悠久，随着钢结构应用的不断增加存设计中遇 到的问题也明显起来，世界各国在经历了数次惨痛的地震教训后深刻地认识 到钢结构的结构变形性能主要决定于节点的力学行为“”“１。柱脚节点作为钢 框架中的关键连接部分其连接性能直接影响着整个框架在荷载作用下的整体 性能。近年来，随着计算机技术的不断发展，使用有限元方法研究节点越来 越深入。本文的工作即是使用ＡＮＳＹＳ模拟钢柱脚节点分析其性能。
１．３国内外的研究现状
关于半刚性连接的研究，目前国内外的文献主要集中在两个方面：一足
半刚性连接计算方法的讨论，探讨一种既简单又准确的表达形式来反映这种
连接的节点弯矩和相对转角的关系；二是以大量的试验为依据来验证半刚性
连接节点框架的静、动力受力性能。
ห้องสมุดไป่ตู้
节点连接特性一般用Ｍ一一关系来描述。Ｍ＝，（咖）式中：Ｍ表示作用
．１１１．
第１章绪论
第１章绪论
１．１课题的背景及意义
近年来我国钢结构建筑发展迅速，形式多种多样，主要有…：①高层钢 结构”１。②大跨度空间钢结构；③轻钢结构；④钢和混凝土组合结构；⑤钢 结构住宅；⑥桥梁钢结构；⑦城市交通、环保、公共设施钢结构；⑧塔桅、 管道钢结构、容器及特种构筑物；⑨海洋平台、锅炉刚架等；⑩重型工业厂 房。这些建筑（构筑）物尽管使用功能各有不同，形态千差万别，但有一个 共同点：它们都要落地生根，所以柱脚节点是钢结构设计中要注意的关键部 位之一。工业化体系的钢结构建筑。１１具有诸多优点，被广泛应用。在轻钢 结构设计中，风荷载等横向荷载引起的框架侧移往往控制设计，是影响建筑 用钢量的最主要因素，用钢量随框架侧移限制条件严格而提高，基本成线件 关系”１。可见若采取适当的框架侧移限制条件具有十分重大的经济效益。
目前采用外露式柱脚节点非常普遍，若考虑它的实际抗弯刚度，则可以 使设计更接近结构的真实性质，并减少用钢量，具有重大的经济效益…。１“。 可见，应该进一步考查外露式柱脚节点的抗弯刚度和极限承载强度。
１．２钢结构柱脚节点的分类
柱脚节点按照分析问题的角度不同而有不同的分类。 Ｉ根据柱脚节点构造划分 柱脚可分为埋入式柱脚、外包式柱脚、外露式柱脚和插入式柱脚““。
于节点的弯矩；西表示构件端部相互间的角位移。Ｃ表示节点刚度““。
Ｍ（奶＝ａＭ。南
Ｃ（∞２毗若静
全刚：咖：０ｊＣ：型望 驴。
全铰：≯：ｍｊＣ：０
国内研究钢柱柱脚的文献很少，近几年关注程度逐渐增加。人多是用试
验方法总结其部分性能，很少用有限元综合分析。李德滋教授在８０年代对 外露式柱脚作了一些理论分析和试验研究，提出了随柱脚截面弯矩和轴力及 底板截血高度变化的混凝土合力作用点位置的确定方法来计算锚栓拉力，并 考虑了锚拴参与抗剪的设计方法…１…。９０年代于安麟教授在柱脚滞问曲线 试验研究基础上提出了确定整个柱脚节点抗弯和抗剪承载力的方法””“１。 １９９６年张安国、吴昌栋进行ｌ：２缩尺单肢钢柱脚抗剪承载力试验，认为影 响柱脚抗剪承载力的因素，主要是柱的轴压力和锚栓作用。在实际工程中存 在锚栓预紧力能不同程度地增强柱脚的初始转动刚度。本试验设定了３种锚 检预紧力，考察其对柱脚抗剪承载力的影响““。
ａｃｃｕｒａｃｉｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｔｈｅｙ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ
ｃａｒｒｙ ｏｎ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ．
Ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｂｕｉｌｄ ｕｐ ｗｉｔｈ ａ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ
ｏｆ ＡＮＳＹＳ．Ｐａｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｍｏｄｅｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ
ｎｅａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｎ ｐｕｓｈ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｔｕｒｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｄｅｓｉｇｎ；Ｃａｎ ａｌｓｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｏ ｕｓｅ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｑｕａｎｔｉｔｙ，ｈａｖｅ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｃｏｎｏｍｙ
由节点承载力划分，可以分为全强、部分强度、铰等三种。若最大弯矩
第１释绪论
达到Ｍ‘＞１．０（Ｍ＋＝Ｍ／Ｍ。，Ｍ。框架的极限承载力），作为仝强考虑；而
当１．０＞Ｍ＋＞０．２５的节点作为部分强度节点；Ｍ＋＜Ｏ．２５的作为铰节点。 ＩＩＩ根据节点刚度划分 在实践设计中，工程师通常把柱脚简化为铰接的或刚接的，而实际上柱
喻尔滨Ｔ业大学工学硕上学位论立
①埋入式柱脚是将钢柱以一定深度埋景在混凝土基础梁中，内力传递主 要依靠混凝土对钢柱翼缘的承压力。
②外露式柱脚是将柱的底部与相对而言刚度较人的底板焊接连接，底板 用预埋在混凝土基础中的锚栓固定“３“３。图卜１为外露式柱脚在实际工程中 的麻用。
（ａ）
（ｃ）
（哪
图ｌ一１外露式柱脚节点的实际应用
关键词钢结构；外露式柱脚；半刚性节点；有限元分析方法
堕尘堡三些奎兰三兰堡圭兰堡鎏叁：：：：：＝：：：
：：：：：！
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｔｈｅ ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐａｒｔｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｂｕｔ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｙ， ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｕｓｕａｌｌｙ ｔｕｍ ｉｎ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ａｓ ｐｉｎｎｅｄ ｏｒ ｆｉｘｅｄ， ｔｈａｔ ｉｓ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｔｏ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｏｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｄｅｇｒｅｅ．Ｔｈｅ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｈａｒｍｓ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔＯ ｕｒｇｅ ｔｈｅ ｐｅｏｐｌｅ ｔｏ ｅｘａｍｉｎｅ ｏｎｅｓｅｌｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｓｅｖｅｒｅｌｙ．Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｅｘｐｏｓｅｄ—ｔｙｐｅ ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙ．Ｋｎｏｗ ｔｏ ａｌｌ，ｔｈｉｓ ｔｙｐｅ
ｖａｌｕｅ．
Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｘｐｏｓｅｄ－ｔｙｐｅ ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｉｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｓ ａｓ
ｆｏｌｌｏｗｉｎｇｓ：
Ａ ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉＳ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｅａｃｈ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｓ ｔｏ ｉｔ＇ｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｓ Ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｕｍ ｕｐ ａ ｆｏｍｕｌａ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ．
ａｒｒａｎｇｅｄ．ｗｉｔｈ
ｂｅａｒｅｒ ｐｌａｔｅ ｆｏｒ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔ．
Ｔｈｅｎ ｅａｃｈ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｓ ｔｏ ｉｔ’Ｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｓ ｇｅｔ，
ａｎｄ Ｓｕｍ ｕｐ ｉｔ’Ｓ Ｍ一西．Ｍｏｒｅ，ａ ｆｏｍｕｌａ ｏｆｅｌａｓｔｉｃ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｉｓ ｆｏｕｎｄｅｄ．
本文对Ｈ型钢截面柱外露式柱脚节点的性能进行了研究，主要研究内
容如下：
用ＡＮＳＹＳ有限元程序建立外露式柱脚节点模型，并与试验结果进行比 较证明了该模型计算的准确性和精确度，为进一步分析柱脚节点的性能提供 依据。在此基础上，对以下三种柱脚节点的性能进行了有限元分析：
（１）两个锚栓对称布置的柱脚节点； （２）四个锚栓对称布置的柱脚节点； （３）四个锚栓对称布置，设置锚栓支承托板的柱脚节点。 通过分析得到了柱脚各个参数对其性能的影响程度，总结其Ｍ一西关 系，按照两种定义标准对柱脚节点的约束刚度进行了比较，进而归纳出弹性 抗弯刚度的计算公式。 并对柱脚底板厚度设计方法进行了探讨，经有限元结果与传统方法结果 分析比较后，修正了柱脚底板厚度的设计方法。
Ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｂａｓｅ ｐｌａｔｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ．Ａｆｔｅｒ ａ
ｃｏｍｐａｒｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｆｉｎｉｔｅ ｒｅｓｕｌｔ ａｎｄ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ．ａｎ ａｍｅｎｄｍｅｎｔ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｂａｓｅ ｐｌａｔｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｓ ｇｉｖｅｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｅｘｐｏｓｅｄ－ｔｙｐｅ ｃｏｌｕｍｎ ｂａｓｅ；ｓｅｍｉ—ｒｉｇｉｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ； ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ