钢框架半刚性连接与分析论文

钢框架半刚性连接研究与分析

【摘要】在钢结构设计与分析中，都将框架的梁柱连接节点设计成理想的铰接和刚接。一般来说，连接对转动的约束达到理想刚接的80%时，就被视为刚接；但当梁柱轴线夹角的改变量在外力作用下达到理想铰接的90%时，即可被视为铰接。然而，在实际工程中，大部分节点都是处于刚接和铰接之间的，即我们所说的半刚性连接。半刚性连接，将理想刚接和铰接这两者的特点结合起来，在承受一定弯矩的同时，也产生一定的转角。所以，半刚性连接钢框架具有其自身的特点，不能简单地将其简化为理想刚接或铰接。

【关键词】钢框架半刚性连接研究性能

abstract: in the steel structure design and analysis of the frame beam-column connection will be joint design ideal of a hinged and just answer. generally speaking, the connection to the constraints of turning to achieve the ideal just answer 80%, will be seen as just answer; but when the beam axis angle of change under external force to achieve the ideal of hinged 90% when, can be regarded as hinged. however, in the actual engineering, most of the node is the just answer and between hinged, that what we call semi-rigid connection. semi-rigid connection, ideal to just answer and the characteristics of the two hinged combination, under certain bending moment, but also produce a certain corner. so,

semi-rigid connection steel frame has the characteristics of its own, and can’t simply call just ideal or hinged.

key words: steel frame semi-rigid connection research performance

中图分类号：tu323.5 文献标识码：a 文章编号：

引言

在钢框架设计中,一般假定梁柱连接是完全刚性或完全铰接。然而无论是在钢框架的施工,还是试验中,各国的学者们都越来越发

现实际的钢框架连接方式往往介于两者之间,既不是完全刚性连接,又不是完全铰接连接,呈半刚性连接方式。即实际的梁柱节点既可以传递一定的弯矩,又会在梁柱之间产生一个相对转角。所以,在钢框架设计中,把梁柱连接假定为完全刚性连接或完全铰接是不科学的,也是不符合实际的。因此很有必要对半刚性连接的特性作深入的研究,从而在将来的钢框架设计中按照实际的半刚性连接来考虑。

1、半刚性连接类型

半刚性连接主要通过摩擦型高强螺栓和连接件(角钢、短t型钢和端板)把梁、柱连接起来。常见的半刚性连接类型有:外伸端板连接,短t型钢连接,顶底角钢、双腹板角钢连接和顶底角钢连接,如图1所示。外伸端板连接因传力路线明确,计算简单而得到广泛应用。短t型钢连接因刚度较大,在多高层钢框架中也已开始使用。顶底角钢、双腹板角钢因破坏形式比较复杂,且影响承载力的因素

较多,因此工程中暂时还没有应用,但有些国家通过一些辅助焊接

处理,可以达到使用的目的。顶底角钢连接因其承载力离散程度较大目前还仅限于试验研究阶段。

2、半刚性连接的受力性能及特性

2.1半刚性连接的受力性能

以一个单梁来说明半刚性连接的受力性能。在均布荷载q作用下,假定单梁两端的连接分别为刚性连接、铰接和半刚性连接,梁的跨度为l。则按照结构力学的计算方法,对于刚性连接的梁,梁端弯矩为ql2/12,跨中弯矩为ql2/24;铰接的梁,梁端弯矩为0,跨中弯矩为ql2/8;而对于半刚性连接的梁来说,梁端弯矩和跨中弯矩的大小完全取决于半刚性连接的刚度,若刚度趋近于+∞,则半刚性连接可认为是刚性连接;若刚度趋近于0,则半刚性连接可认为是铰接。因此,半刚性连接梁的梁端弯矩在(0,ql2/12)区间,连接刚度越大,梁端弯矩越大。

2.2半刚性连接的特性

对于梁柱连接来说,其主要作用是在构件之间传递轴力、剪力、弯矩和扭矩。在平面问题的研究中,可以忽略扭转的影响,同时,对于大多数半刚性连接,轴向变形、剪切变形与转动变形相比都很小。因此,从使用的在半刚性连接中,连接的非线性特性取决于很多构

造因素,主要包括:

1)连接组合材料本身不连续。连接是由螺栓及型钢,如角钢、短t型钢等组合配置而成。这种形式使得不同加载阶段,各组合件之间

互相会产生滑移和错动。2)连接组合中一些组合件产生局部屈服。这是引起连接非线性特性的主要因素。3)连接组合中的螺栓孔、螺栓、连接件(角钢、端板)以及构件之间的承压接触引起应力和应变集中。4)连接附近处,梁和柱的翼缘和/或腹板的局部屈曲。5)在外部荷载影响下整体的几何变化。连接的非线性决定了连接在不同加载过程中连接刚度是非线性变化的,从而给连接的分析和计算增加了很大的难度。在计算连接的抗弯承载力时,连接刚度有两种选用方法。一种是选用初始刚度rki,由于初始刚度rki一般大于切线刚度rkt,计算出的抗弯承载力偏于不安全;另一种是用切线刚度rkt,由于连接的非线性,每一点处的切线刚度都不相同,计算时必须使用迭代的方法,比较繁琐,国外有关文献中介绍可以取rkt=0.01rad 处对应的切线刚度r0.01这个定值近似计算,可避免迭代,计算结果也满足精度要求。

3、半刚性连接节点对钢框架结构响应的影响

半刚性连接钢框架结构在动力荷载作用下，表现出和刚性连接钢框架完全不同的性能。开展半刚性连接钢框架结构的动力性能研究和分析对半刚性连接钢框架结构在地震区的推广使用具有十分重要的意义。在与半刚性连接有关的文献中，研究结果均比较一致地认为：半刚性连接节点会改变框架的内力响应，它会增大梁的跨中弯矩、柱脚弯矩，减小柱顶弯矩、梁端弯矩和建立，同时还会改变结构的基本自振周期，从而影响结构在地震作用下的动力反应。对于半刚性连接钢框架在动力荷载作用下的结构位移反应，