[发明专利]一种自复位增强型柱脚结构设计方法

说明书

本发明公开了一种自复位增强型柱脚结构设计方法：S1、确定钢柱的基本尺寸参数；S2、确定小震作用下柱底最不利的弯矩轴力组合；S3、根据小震要求确定柱底各锚杆所需施加的预压力；S4、确定大震时层间位移角限值θ并由此求出层间侧移限值Δ；S5、计算得出柱顶与柱底的转动刚度；S6、根据力法或位移法求出柱底大震时的转角位移限值；S7、根据柱轴力、锚杆预压力、碟簧变形产生力以及转角位移限值确定大震下柱底容许弯矩；S8、根据柱底转角位移限值求出大震下各锚杆轴力；S9、对转动点取矩求出柱底达到转角位移限值时柱轴力，并通过平衡条件求出柱翼缘局部压力；S10、进行强度验算、稳定性验算以及局部承压验算。

技术领域

本发明涉及土木工程抗震技术领域，更具体的说是涉及一种自复位增强型柱脚结构设计方法。

背景技术

随着经济水平的快速提高和城市功能的日趋复杂，土建结构在强震后能否保持功能愈加受到社会各界的高度重视。

自复位增强型柱脚节点(专利公开号CN 111075112 A)是针对性能化抗震设计提出的一种新型节点。该节点可以消除柱脚在地震后的残余变形，具有较强的自复位性能。

自复位柱脚与传统刚接柱脚在构造形式上差异较大，故设计方法差异很大，现阶段针对自复位结构体系柱脚节点的设计方法极少，而且亟需研究符合目前抗震设计规范的设计方法。

因此，提出一种实用的自复位柱脚结构设计方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自复位增强型柱脚结构设计方法，旨在解决上述技术问题，该方法对于其他形式的自复位柱脚同样适用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自复位增强型柱脚结构设计方法，包括以下步骤：

S1：确定钢柱的基本尺寸等参数，包括：

钢柱的截面尺寸及高度；钢柱所使用钢材基本参数包括截面惯性矩I以及弹性模量E；

S2：确定小震作用下柱底最不利的弯矩轴力组合，柱底剪力通过在基础预埋抗剪键来实现抵抗，抗剪键仅约束柱脚水平侧移；

采用最大弯矩M_x、M_y与对应轴力N的组合、最大轴力N与对应弯矩M_x、M_y的组合；最小轴力N与对应弯矩M_x、M_y的6种组合方式，经过步骤S3-S10计算确定钢柱小震作用下最不利的柱底弯矩M和柱轴力N。

S3：在进行自复位柱脚节点的设计时，应该先确定该节点的性能目标，根据我国现行抗震规范中的性能化设计要求确定柱底各锚杆所需施加的预压力F₀以使得柱翼缘不与地基梁上翼缘分离；

已知小震作用下柱底弯矩M，要使得柱脚不发生抬升，即预压力与轴力对柱边缘产生的弯矩值需大于小震作用下柱底弯矩M，即：

N×0.5h+M₀≥M；

M₀为预压力与轴力对柱边缘产生的弯矩值，h为柱截面高度，因轴力已知，故可求出每根锚杆预压力F₀；

S4：根据我国现行建筑抗震设计规范确定大震时层间位移角限值θ并由此求出层间侧移限值Δ；

转角很小时，tanx＝x，故Δ/h_c＝θ，h_c为柱高度，与θ均为已知值，故可求得Δ。

S5：通过计算得出柱顶与柱底的转动刚度K₁、K₂；