底板建模考虑底板弯曲和实际的钢销受力分布(非线性)

技术文章

在设计柱脚时,经常使用高强度钢销用于锚固作用。本文介绍了不同的模型以及其设计评估。

建模选择

底板的位置和刚度决定了销钉的分布,此外销钉支座的建模也对仿真受力分布很重要。

在模型 A 中,把底板创建为“刚性”面,在这种情况下不考虑板弯曲。在模型 B 中,使用具有刚度的材料创建了有厚度的底板。底板上销钉位置的开口设置为刚性面,在刚性面的中心位置设置线性节点支座。

创建的模型 B 更加精确,然而线性节点支座也承受压力,它与销钉洞口处的刚性面导致了太小的底板扭曲变形。

模型 C 是从模型 B 推导出来的,仅除去了刚性面,并且销钉孔洞边缘有非线性线支座,非线性的定义是在支座受压时无效,相反,支座承受受拉。底板支座也是非线性的,在这种情况下,底板传递压力到地基,在受到向上的拉力时失效。

图 01 - Model A, B, C

建模的结果评估

模型 A:由于“无限”刚度,结构变形被低估了。板的非线性支座不能起作用,因为板没有发生变形。同样通过刚性底板也没有实际的销钉受力分布。

模型 B:该模型精确很多,但是线性节点支座传递了压力,并且销钉孔洞处的刚性面导致了底板变形太小。

模型 C:真实的刚度结合非线性面支座和非线性线支座允许板弯曲,包括受拉区域的弯曲和靠近板边缘的支撑效应。因此,与模型 A 和模型 B 相比,销钉受力明显提高。

图 02 - Base Plate Deformation and Display of Support Reactions

确定和评估销钉受力

为评估支座反力使用了线支座的结果图,它是呈线性或者恒定平滑,能快速得出销钉受力。锚固受力的数值清楚的显示了拟真建模的重要性。

在模型 A 中销钉受力严重低估了,这是非常不利的情况,不能应用到实践中。在模型 B 中所描述的支座设计得出了太大的支座反力。该解决方案较保守,通常不是最有效的。模型 C 显示了支座反力的实际分布,它受到底板弯曲和面支座的影响。该模型提供了优化和高效的销钉选择的结果。此外计算的底板的面压力可用于混凝土强度的评估。

图 03 - Determination and Comparison of Dowel Forces

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