半刚性连接研究
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。
中美对半刚性钢框架连接的对比研究
中美对半刚性钢框架连接的对比研究摘要院钢结构连接分为三类:刚性连接、铰接连接、半刚性连接。
其中半刚性连接可以缩短建设工期,降低管理成本,产生良好的经济效益,故对半刚性连接的研究意义重大。
作为国际上一种通用规范,涉外工程中通常有应用美国钢结构设计规范的要求。
文章针对半刚性钢框架连接中的外伸端板钢框架连接的设计方法,将两国规范进行比较,得出一些有益于工程的结论,为我国修订钢结构设计规范提供参考。
Abstract: The connections can be divided into three categories: rigid connections, hinge connections and semi-rigid connections. Thesemi-rigid connections can shorten the construction period, reduce management costs, and produce good economic benefits. So it is significantto research the semi-rigid connections. As a common international code, American steel structure design code is usually required to be used ininternational projects tenders. In this thesis, extend end plate connections in the semi-rigid steel frame connections are researched to obtainsome conclusions beneficial to projects, which can provide references for the revision of the steel structures design code.关键词院中美规范;钢结构;连接;半刚性;对比研究Key words: Chinese and American codes;steel structures;connections;semi-rigid;comparative study中图分类号院TU391 文献标识码院A 文章编号院1006-4311(2014)21-0145-021 铰接尧刚接和半刚性连接的受力性能梁柱连接对钢框架结构整个的受力与安全具有非常大的影响。
Y型偏心支撑半刚性连接钢框架动力性能研究
S EM I — RI GI D Co NNECTI oN S TEEL- FRA M ED S TRUCTURES
Z h a n g Ji a n c o n g Z h o u K u i
( De p a r t me n t o f Ci v i l En g i ne e r i n g,U n i v e r s i t y o f Sh a ng h a i f or Sc i e nc e a nd Te c h n o l o g y,Sh a ng h a i 2 0 0 0 9 3,Ch i n a )
t y p e o f s e i s mi c s t r u c t u r e s y s t e m. I n t h i s s t u d y,y- t y p e e c c e n t r i c a l l y b r a c e d s t e e l f r a me mo d e l s wi t h d i f f e r e n t n o d e s
支撑钢框架的抗侧刚度有很大影响 , 半 刚 性 连接 可 以 很 好 地 改 善 结 构 的 抗 震 性 能 。Y 型 偏 心 支 撑 与 半 刚 性 节 点 都 可以提高结构的抗震性能பைடு நூலகம், 两 者相 结合 的 结 构 形 式 有 很 好 的 应 用 前 景 。
关键 词 : Y 型 偏 心 支撑 ;半 刚 性 连接 ;时程 分 析 ;模 态 分 析
形 式 是 一 种 新 型 抗 震 结 构 体 系 。运 用结 构 通 用有 限元 软 件 MI D AS G E N 建 立 不 同连 接 刚度 的 半 刚 性 连 接 Y 型 偏
心 支 撑 钢 框 架 模 型 。并 对 其 进 行 模 态分 析 、 多遇 地 震 下 和 罕 遇 地 震 下 的 时程 分 析 , 得 到 各 不 同连 接 刚 度 Y 型 偏 心 支撑 钢框 架 的 自振 周 期 、 层 间位 移 、 层 间位 移 角及 顶 点 时程 位 移 曲线 。通 过 对 比分 析 可 知 , 半 刚性 连 接 对 Y 型 偏 心
半刚性连接对钢框架结构受力性能的影响
j= 1
EC
j
1 - e- | H| P( 2ja ) + M0 + Rkf | H |
式中 , M0 是曲线拟合的 连接弯 矩初始 值 ; Rkf 是连 接应 变硬化刚度 ; A 是标量参数 , 用来保证数值稳定 ; Cj 是曲线回 归分析得到的曲线拟合常数。 这个模型在曲线拟合试验 数据 方面能够回避负刚度问题 , 并且极好地回避非线性 的 M - H 特性。 31 5 幂函数模型 [ 2] Kishi 和 Chen( 1990) 提出一个幂函数模型 , 其形式为 : H= M Rki [ 1- ( M PMu ) n ] 1Pn
连接方式 均布荷载 5 6
式中 , Rki 为初始连接刚 度 ; Mu 为 连接的 极限 弯矩 承载 力 ; n 为 M - H 曲线的形状参数。 给节点施加弯矩 , 根据 M - H 关 系可得 相应的 转角 , 此 时的节点刚度 R 等于初始刚度 Rki , 因此 , 在弹性阶段就可以 近似地用节点初始刚度 Rki 来模拟节点半刚性 , 用线性 化的 模型来代替非线性的 M - H曲线 [ 3] 。 对于梁柱节点半刚性连 接对刚架受力性能的影响 , 采用螺旋弹簧来考虑节点柔 性对 刚架结构的影 响。 对于任 一梁单 元 i ( 两端 节点为 A, B) , 弹 簧的相对转角 HrA 和 HrB 与弹簧刚度 R kA 和 RkB 与弯矩 MB 的 关系为 : MA = RKA # HrA 4 MB = RKB # HrB 刚性连接与半刚性连接门式刚架的计算比 较 本例对一单层单跨的门式刚架进行计算和分析 , 来 研究 端板连接半刚性节点钢框 架结构 在竖向 荷载作 用下的 受力 性能。计算采用 有限 元软 件 ANSYS 进 行模 拟和 分析 , 梁 柱 均采用 BEAM3 单 元 , 用 COMBINE14 单元 模拟 节 点弹 簧 , 计 算模型见图 3, 梁 柱连接按照半刚性连接进行处理。 荷载作用及计算模型见图 3, 节点和 梁的编 号都在 图中 标出 , 梁柱连接中 的端 板厚度 根据 文献 [ 5] 的 71 21 9 公式 计 算采用 16m m, 端板为 16 @150 @394, 由文献 [ 7] 的 71 21 2 条计 算 , 螺栓采用 81 8 级 高强螺 栓 , 直径 为 16mm, 连 接采 用高 强 度螺栓摩擦 型连 接 , 螺 栓间 距 为 120mm。柱 脚采 用 刚性 连 接。梁柱节点连接的 M- H 模型 采用 Kishi 和 Chen 提出 的
钢框架半刚性连接研究与分析
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。
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. So, semi-rigid connection steel frame has the characteristics of its own, and can’t simply it is reduced to ideal just answer or hinged.Keywords: steel frame semi-rigid connection research performance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。
带腹板双角钢的顶底角钢半刚性连接静力性能研究
定 刚度 的_采用 理想 的连 接在 很 多情 况下 是不 合 1 1 .
理 的 , 不能 反映结 构工 程 的实 际情 况 , 算结果 误 也 计 差 较大 , 以提 出 了半 刚 性连接 的概念 . 刚性连 接 所 半
型高 强螺 栓 , 径 2 l 螺 栓 间距 8 螺栓 距 直 4im, l 0mm, 角 钢边缘 的距 离 为 5 . 0mm 1 单元选 择 . 2 A S S提供 了多种 单元 , 户 可根 据研 究 对象 NY 用 特l 生的需 要 , 理选 择不 同 的单元 , 到有 限元计算 合 达 的 目的.本文 对不 考虑 接触 影 响 的梁柱 部 分均 采用
八 节点六 面体 S LD 5单元 .由于节 点 附近 受力 比 O I4 接因刚度较大 , 在多高层钢框架中也已开始使用. 本 较复杂 , 而且 由于螺栓打孔造成形状不规则 , 考虑接 文研究 的带腹板双 角钢 的顶底角钢连接属于典 型 触 的角钢 、螺栓 及梁柱部 分采用 l 点 四面体 O节 的半 刚性 连接 ,这种 连 接 因破 坏形 式 比较复 杂 , 承 S LD 2 元 能较好 模拟 该节 点处 的受力 情况 . O I9 单 载 力 离散 程度 较 大 ,且影 响承 载力 的 因素较 多 , 其 本 文 的摩 擦 问题 为 面 一 接 触 的柔 体 一 体接 面 柔 受 力 性 能 的研 究对 丰 富半 刚性 结 构 的理 论 具 有 重 触 ,在结 构相 接触 的地方采 用 接触 单元 C N A 7 O T 14 要 的意 义[本文 利用 大 型 有 限元 软件 A S S考 虑 和 目标单 元 T R E 7 2 1 . NY , A G 10来模 拟 .考虑 了螺 栓 头和 角 几何 、 料 、 材 接触 非线 性 , 带腹 板 双 角钢 的顶底 角 对 钢 连接这 种典 型 的半 刚性 连接 在静 载作用 下 的受 力
顶底角钢半刚性连接钢框架柱计算长度系数研究
拉 刚度 时 , 如下 假设 :) 作 1 连接 转动 中心位 于底部 角
用抗 弯弹 簧 模 拟 梁 柱 节 点连 接 的半 刚性 , 考虑 梁柱 间 的 相 对 转 角 关 系 , 过 引入 梁 柱 线 刚度 比修 正 系数 的 计 算 方 通 法 , 到 顶 底 角钢 半 刚接 钢 框 架柱 计 算 长 度 系数 的修 正公 式 。 得 关键 词 项 底 角钢 连 接 半刚性 钢框 架 计 算 长 度
fco a t r,t e irgi on c in i i u a e o a i a p i . he s m — i d c ne to s sm l t d by a r t ton ls rng KEY ORDS t nd s a n ec nne to W op a e ta gl o ci n s m irgi e —i d s e lfa e t e—r m - efe tve ln h f c i e gt
长度 给出明确计 算 方法 , 对半 刚性 节 点 的分 类 标 准 也 没有 给出 明确划 分方 法 , 底 角 钢 连接 是 钢 框架 顶
悬臂 梁 , 定其 固定 支 点位 于 与柱 翼缘 相 连 的受 假
根 据 这些 假 定并 考 虑顶 角 钢肢 的剪切 变 形 , 与
拉螺栓 螺 帽边 缘 。 翼缘力 F相 应 的顶 角 钢底 面 的水 平 位 移 △ 可 表示 为剪切 变形 与弯 曲变形 之和 的形式 , : 即
△ 是 一f
上下翼缘角钢半刚性连接的初始转动刚度研究
变形可以由各个组件的变形进行简单叠 加得出 ,连接的整 体初始 刚度与各个组件刚度间的关系为 :
11
11
=
++
Kt Kt , cw Kcf Ka
(1 0)
1. 2 柱腹板受压刚度 与柱腹板受拉刚 度相似 ,对 于未 设置加 劲肋 的连接 ,柱 腹板
的受压刚度为 :
′ Eb ef f , c , c w tc w
点的弯矩 —转角 关系 仍 处在 弹性 阶 段 ,此时 连 接的 转动 变 形很
小 ,可以假定节点的 弯矩 转角服 从线 性关系 ,因 此可 以用节 点的
初始转动刚度代表整 个连 接节 点的转 动刚度 。由于 组成节 点材
料的非 连续性 ,节点 是由梁 、柱 、角钢 及高强 螺栓组 合而成 ,节点
中任一几何参数的变 化将 导致 节点初 始转动 刚度 的不同 。文中
ΔT , c f
=
F l3 192 EIcf
+
Δb
Δb
=
F tcf 11 EAbo
F
1
Kcf =ΔT , cf =
l3
+
tc f
192 EIcf 11 EAbo
F Ka = Δa
=
EIa
g1
(
1
3
t
2 a
50
+
g21 ) 3
( 6)
1 . 1. 3 螺栓受拉刚度
( 1)
在梁端弯矩 作用下 ,由梁翼缘产生的等效拉 力通过拼接件角
山 西 建 筑 第2 0330
卷 7
第 年
6 2
期 月
S
HA N XI
AR CHITECTUR
半刚性连接节点刚度对门式刚架结构弹性分析影响研究
1 引言
传统的分析和设计方 法都将 梁柱连接 节点处理 成理想 的 刚接或铰接 。然 而 , 实际工程中的连接节点的受力性能总是介
连接 细部 构造 、 钢材强度 、 螺栓排数和强度等级等因素有关 , 具
体计算方法可参考 欧洲规范 E 38 端板 式半刚性 连接 钢结 C _或《 ] 构技术规程 >C C 2 0 2 0 )l ) E S 6 :0 9_ ( 。
2 1 年第 8 00 期 总第 1 6 4 期
No8 ・2 O 01
Vo ・1 6 1 4
半 刚 性 连 接 节 点 刚 度 对 门 式 刚 架 结 构 弹 性 分 析 影 响 研 究
夏坚 林宏伟 张伟 赖苍林 302) 5 0 5 ( 福建省建筑科学研究院
摘
要 : 统 的分 析 和 设 计 方 法都 将 梁 柱 连 接 节 点处 理 成 理 想 的 刚接 或 铰 接 , 而 实 际工 程 中 的连 接 节 点 的受 力 性 能 总 是 介 于这 传 然
福 肌
_ 暑
S ul n t eI fu n eo tt n l t feso e -rgdCo n cin t at tu tr l ay i o be r me tc o h n e c fRoai a i n s fS mi ii n e t Elsi Sr cu a l ss fGa ldF a y l o Sf o o c An
梁柱连接和斜梁拼接节点形式多采用端板连接 , 试验 和理论研 究证 明 , 端板连接具有一定的半刚性口 ” 。通常情况 下 , 梁柱 焊接刚性节点 的转动 刚度在 6 0k ・ rd左 右 , ×1 N m/a 端板连
c n e t n I hsp p r h fe t fr tt n l tf e so e - r i o n cint h n en l o c n ipa e n f a ld o n ci . nt i a e ,t eafc o ai a i n s fsmi i dc n eto t eitr a rea dds lcme t be o o o s f g o f o g
半刚性连接整体钢框架拟动力试验分析
Ab ta t I h e i n o t e r m e ,i i fe s u d t a h o n c i n e we n c l m n n sr c : n t e d sg f s e 1 a s t s o t n a s me h tt e c n e to s b t e o u s a d f
1 实 验及 实验 模 型
c n u t d o h v r l s e lf a e wi e — i i o n c i n S me c n l so s a e g i e , ih o d c e n t e o e a l t e r m t s mirg d c n e t . o o c u i n r a n d wh c h o c n p o i e a x e i n a a i o h a ls e l t u t r e i n c d s a r v d n e p rme t lb ss f rt e t l t e r c u e d sg o e . s Ke r s s e lfa ;s m i i i o n c i n s u o d n m i e t y wo d : t e r me e — g d c n e t ;p e d - y a c t s r o
ห้องสมุดไป่ตู้
半 刚性 连接 整体 钢框 架 拟 动力试 验 分析
完海鹰 , 郑晓清
( 合肥 工 业 大 学 土 木 与 水 利工 程 学 院 , 徽 合 肥 安 200) 3 0 9
填充墙半刚性连接钢框架受力特征研究
筑混凝土结构技 术 规程 、G 99 J J9 -8高层 民用 建 筑钢结 构 技术 规 刚度发生了退化。
程, 对某七层梁柱半刚性连接钢框架一混凝土剪力墙结构商务办
公楼进行截 面初步设计 。
对 于卸载曲线 , 刚开始卸载 时曲线陡 峭 , 变形恢 复较 小 , 载 荷 减小后 曲线趋于平缓 , 变形恢 复逐 渐加快 , 出现恢 复变形 滞后 现
・
3 ・ O
第3 7卷 第 2 3期 20 11 年 8 月
山 西 建 筑
S HAN ARC T RE XI HIEC U I
Vo . 7 No 2 13 . 3 Aug 2 . 011
・
结 构
・抗 震
・
文章编号 :0 9 6 2 ( 0 ) 30 3 -2 10 —8 5 2 1 2 —0 0 0 1
9 , 力 墙 水 平 方 向 配 筋 率 为 0 85 , 直 方 向 配 筋 率 为 O剪 . 9% 竖
0. 0 % 。 55
本文采用实 体单 元 建立 有 限元 模 型 。对 钢 框 架梁 、 柱采 用
oi 5三维实体结构单 元 ; d 对钢 筋混凝 土剪 力墙 采用 Sl 6 oi 5含 d 挥了两者的优点 , 弥补 了各 自的不足 , 高 了结 构 的延性 和耗 能 Sl 4 提 钢筋的三维实体单元 ; 对钢筋采用 Ln 8三维杆单元 ; ik 对半 刚性连 能力并 且可以有效地 减小结构的侧移 , 使用半 刚性节点 能够提 高 o bn9非 c8 节 点的塑性 转动 能 力 , 并且 能 确保 结构 在 大变 形情 况 下 的整体 接节点采用 C m i3 线性旋 转 弹簧单 元 结合 Mp14刚性 杆 性 ] 。 单元简化处理进行模拟 ; 栓钉 与钢框架 以及栓钉 与混凝 土的接 对
半刚性连接钢框架频率的研究
-
/— —f
一 - 一
鸯 f
H2 0×1 0×6× 8 0 5
8
r 量
。. -8
/ 框梁 ・ 架
7 O
一 框架柱
f 1 8 7 0
l 一
H 1 0×1 0× 8× 1 7 7 0
l 动 力 试 验
地 脚 栓 M8 0
文 章 编 号 :17 9 1 (0 0 0 0 8 0 6 2— 35 2 1 )2— 17— 5
半 刚性 连 接钢 框 架频 率 的研 究
马翠玲 孙颂旦 华建兵 孙爱琴 , , ,
(. 1 合肥学院 建筑工程系 , 安徽 合肥 20 2 ; . 30 2 2 宣城柏庄置业有 限公 司, 安徽 宣城 2 20 ) 4 0 0
框架 栗 『 1
加了结构的阻尼, 延长周期 , 减小振幅, 从而降低震害。因此 , 由 于半 刚性连 接 的复 杂性 和多 样性 , 应 的理 论 和 试 验研 究 尚应 相 进行进 一步 发展 。文 中通过 对焊 接连 接 、 端板 螺 栓连 接 、 角钢 螺
栓连 接 钢 框 架 进 行 动 力 试 验 和 A S S模 态 分 析 , 究 框 架 层 NY 研 数 、 架跨数 和梁 柱 节点 的转 动 刚 度等 参 数 对 半 钢性 连 接 的钢 框
根 据常 见框架 的典 型层 高 ( . 和跨 度 ( . , 1 2 3 0 m) 6 0 m) 按 :
图 1 框架试件主要尺寸图
F . a m ni s fr eo i 1 i d es n f m wr g M n i o o a k
比例设计 试件 的轴 线尺 寸 , 即取层 高 H=15i, . n跨度 L= . 1梁 、 30n. 柱均 为 最 常用 的焊 接 H型 钢 , 虑 到 考 梁 的截 面高度 与跨 度之 比通 常为 11 :0—12 取 梁 高 h= 5 l, :0, 2 0mT 为跨 度 的 11 .. l / 44 柱截 面 根据强 柱弱 梁 的设 计原则 确定 。梁 柱截 面尺 寸和 特征详 见表 1 板件 的宽厚 比和 高厚 比均 满足 要 求 。根 据梁 柱 节 点类 . 型 和转动 刚度不 同 , 计 了试件 s , s 共 3组 6榀 框架试 件 。每组 两榀 , 榀框架 试件 中。4个 梁柱 节 设 S ,, 每
半刚性节点形式研究现状
Ab t a t I i r p s d t a o sd rt e ef c fs mi gd n d s c n e t n d f r t n i “ o e fr De sr c : t s p o o e h tc n i e f to e r i o e o n c i eo ma i n C d o — h e i o o sg fS e lS r cu e , u o sn tp o i e t e t e r t a r u a F r s mi gd n d s t e ou - i n o t e tu t r ” b ti d e o r v d h h o e il f m l . o e r i o e ,H se lc l mn H t c o i se lb a a d s u r te u e c l mn - se l e m, n o n d o n h o e i a r s a c r u t e e m n q a e s l b o u s H t e a l k t o e f r a d t e r t l e e h a e s mma e t b i m c r — rz d p o i i g t e r f r n e f rt e r v so f u o n r s e t cu e d sg o e ie , r v d n h ee e c h e ii n o rc u ty S t l r t r e i n c d . o o e su
半刚性T型钢梁柱连接的滞回性能研究
i f n i t e e l e me n t a n a l y s i s a n d t h e t e s t r e s u l t Wa S c a r r i e d o u t . F i n i t e e l e me n t a n d t e s t es r u l t s r e v e a l t h a t T - s t u b c o n n e c t i o n s u n d e r c y c l i c l o a d i n g e x h i b i t g o o d d u c t i l e b e h a v i o s. r
四川建筑科学研究
3 2
S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e
第3 9卷 第 3期
2 0 1 3年 6月
半 刚 性 T型钢 梁柱 连 接 的滞 回性 能研 究
彭海雁 , 付 涛 , 吴 迪
4 1 0 0 0 7; ( 1 . 长 沙市规划设计院有限责任公司 , 湖南 长 沙
Ab s t r a c t : I n o r d e r t o s t u d y h y s t e r e t i c b e h a v i o r s o f t h e T - s t u b b e a m- t o — c o l u mn c o n n e c t i o n s , f i n i t e e l e me n t a n a l y s i s a n d mo d e l e x p e ime r n t w e r e c a r r i e d o u t u n d e r c y c l e l o a d i n g . T h e d e v e l o p me n t p r o c e s s f o s t r a i n, s t r e s s o f t h e c o n n e c t i o n w e r e na a l y z d, e t h e c o mp a r i s o n o f t h e
半刚性节点研究综述及展望
atl r ri d aotsmiii jiti “ o efrD s n o SelSrc r ” ( B 0 1 2 0 po lae rie ae a e bu e —gd on n C d o ei f te t t e cs s r g u u s G 507 0 3)’ mu t r g d
程 用于 工 程 设 计 。结 合 国 内其 他 单 位 的 研 究成 果 , 本课 题 组 从 2 0 把 0 0年 至 今 5年 来 对 半 刚 性 理 论 与 试 验 的 研 究
进 行 总结 分 析 , 推 动 实用 理 论 的 发 展 。 以 关 键 谰 半 刚 性 节 点 初 始 刚度 滞 回性 能
d i ic 20 , o ii te ra i t n ’ td sl . oeproeit o.mew r r ef t g rci l on s e 0 0 cmb n ohr gnz i s Suyr ut Whs ups d  ̄ okf r ci ata g n ng o ao e s so D o p e n p c
4 )徐 良伟 _ 等通 过引 入螺 旋 弹簧 刚 度 , 4 』 在基 本 假定 的基 础上 , 用 简 支 式等 效单 元模 型 推 导 出半 利
多方 面进行 。对半 刚性 节点 的研 究分 析 主要集 中于
两个方 面 : 一是半 刚性 节点 的连 接计算 方 法 ; 是 以 二
rc nl Bu th sn eesr ho eia h l. ete rt td al b hn n ie rn rci . e ei a re t ee t y. ti a on c say te rtcl ep Th ho ei su y fl e ide gn eigp a t e Th r n ug n c s c s
梁柱半刚性连接对钢结构整体抗震性能的影响研究
单元端部轴向反力, Mi , Mj 为单 元端 部弯矩 ; 记单
第 2期
杜俊 等 : 梁柱半 刚性连 接对 钢结构整体抗震性能 的影 响研究
1 7 3
元局 部坐 标下 广 义 坐标 向量 为 : =(
ห้องสมุดไป่ตู้0
由 式( 2 ) 、 ( 3 ) 可推出局部坐标系下单元刚度矩阵:
) , , 为单元端部横向挠度 , , , 为单 元端部轴向位移 ; L为单元 长度. 不考虑单元所 受
集 中荷 载 , 可 以得 到受 力平 衡方 程 :
r + =0
文献 [ 5] 通 过 理 论 分 析研 究 了 该 平 面 钢 结 构 梁 柱连接 处 的有 限刚度 对弯矩 的影 响. 在线 性 假设 下, 梁柱 连接 处端 部弯 矩 , 和梁 柱 相对 转 角 的 关 系可 表示 为 : 0 , = f r ・ M, 其 中. 为半 刚性 连接 有 限转角 的柔度 系数 . 图 2中 V i , 为单元端部横 向反力 , U , 为 ( 1 )
1 6 7 2 - 6 5 5 3 / 2 0 1 3 / 1 1 ( 2 ) / 1 7 2 6 -
动 力 学 与 控 制 学 报
J O URNAL OF D YNAMI C S AND CO NT ROL
V0 L 1 1 No . 2
J u n .2 0 1 3
其 刚度 矩 阵 ; Mo h a m e d A .D a b a o n和 Mo h mo u d H. E 1 . B o g h d a d i L 2 通 过 实验 研 究 了空 间 钢 结构 梁 柱 半 刚性 连接在 静 载下 的力学行 为 ; 马翠 玲等 通过 仿
半刚性连接中T型钢节点形式研究综述
( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g , J i l i n J i a n z h u U n i v e r s i t y , C h a n g c h u n , C h i n a 1 3 0 1 1 8 )
u m n j o i n t s s h o w s t h a t c o n n e c t i o n b e t w e e n t h e b e a m a n d c o l u m n i s n e i t h e r p u r e r i g i d l y n o r p u r e h i n g e d . B u t s t r e n g t h
第3 0卷 第 5期 2 0 1 3年 1 0月
吉
林
建
筑
工
程
学 院
学
报
Vo 1 . 3 0 No . 5 0c t . 2 01 3
J o u r n a l o f J i l i n I n s t i t u t e o f Ar c h i t e c t u r e& C i v i l En g i n e e r i n g
Abs t r a c t : Wi t h t h e wi d e l y a p p l i c a t i o n o f t he s y s t e m o f s t e e l f r a me , t h e c o n s t a nt r e s e a r c h O i l p o s i t i o n o f b e a m —c o l —
S u m ma r y o f T h e Re s e a r c h o n T— — b e a m J o i n t s i n S e mi — - r i g i d Co n n e c t i o n s
冷弯薄壁型钢半刚性连接研究综述
在地 震工 程 中采用 刚性 连接 的梁 柱 , 因节 点延性 较 差
容易发生脆性破坏 , 而螺栓端板 、 角钢 、 T形板等这些
半 刚性 连接 节点具 有 较强 的耗 能能力 , 去 抵抗 一部 分
的假定 , 不仅意味着相邻构件问的位移和转角完全是 连续 的, 而且意味着全部弯矩( 或弯矩 的主要部分) 从 梁传递到柱子上 。相反理想铰接 的假定 , 则意味着梁 是简支 , 而柱则不承受中梁传递来的弯矩 。所谓半刚
地震荷载 , 同时可节省节点的用钢量 , 这些特点使半 刚性连接成为一种既经济又可靠 的连接方式。
1冷弯薄壁型钢半 刚性连接 的研究
目前 , 国外有关冷弯薄壁型钢半刚性连接节点 的
研 究很 少 , 而 国 内则更 少见 。国外 的研究 主要 集 中在
冷弯薄壁型钢梁柱节点上 。
1 9 9 1 年, 新加 坡南 洋 理 工大 学 的 S o o n H T就 对 轻 钢结构 的梁柱螺栓连接 形式做 过试 验研究 _ 3 ] 。其节 点形式为梁柱 杆件通过螺 栓连接件 相连 。试验 构件分 为 4组 , 所用螺 栓 均相 同, 采 用 常 规 的砝 码加 载 方式 。 其 中每一组试 件有 5个构 件 , 且 每 一组 试 件 的梁 柱 尺 寸和厚度 均不 同 , 组 内 的构 件 仅变 化螺 栓 连接 件 的厚 度 。试验发 现所有 节 点均 呈现 非 线性 特 征 , 并 且 梁 柱
作 者简 介 : 厉 宽松 ( 1 9 7 6 一) , 男, 安徽庐江人 , 安徽徽商集团城镇建设开发有限公司工程师
3 0 2 u r 程与建设》 2 0 1 3 年第 2 7 卷第 3 期
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半刚性连接研究
【摘要】目前,关于半刚性节点的理论研究落后于工程实践,急待形成设计的理论体系,特别是需要建立弯矩和转角的本构方程用于工程设计。
结合国内其他单位的研究成果,对传统刚接刚架计算弯矩值用乘以弯矩系数的方法进行修正,得到半刚接刚架弯矩值,可应用于工程设计。
分析结果表明,随着刚度比增大,节点约束程度减弱,刚架横梁跨中弯矩增大,梁端弯矩减小,节点半刚性对刚架受力性能有明显影响,在刚架分析和设计中应加以考虑。
本文综合的对半刚性节点的内力分析、半刚接框架柱的稳定分析方法以及半刚性连接框架的变形特点进行了研究。
【关键词】半刚性节点;内力分析;变形特点;稳定性
1.半刚性节点研究的意义
在工程应用上,半刚性节点对抗震设计是很有利的。
在经济方面,层数不超过10-15层的框架中,依靠梁柱组成的刚架体系来提供对水平力的抵抗是经济的。
不论竖向荷载作用下是否承受弯矩,连接做成半刚性足够。
故对半刚性节点的研究有很高的经济价值。
目前对半刚性节点的研究主要有对节点本身性能的研究和节点对结构的影响两类。
2.半刚性节点试验研究
2.1试验概况
首先做了试件的静力试验,来确定半刚性连接在静力荷载作用下的破坏形态、M-θ关系、初始刚度、极限承载能力等,以便为后续的周期荷载试验确定或修改构件尺寸、加载模式和数据采集方法等提供依据。
其次采用不同尺寸的构件试验,在构件的梁端按梯次逐渐施加循环反复荷载,通过用荷载和位移控制来测量连接的转角、梁端位移,顶底角钢、腹板角钢、螺栓、梁翼缘、柱翼缘的微应变。
2.2结果分析
2.2.1破坏形式
在小幅值周期荷载作用下,试件基木上都能保持良好的弹性状态,卸载后基本上没有残余变形,随着荷载幅值的加大或周期数的增多,连接的弹性性质越来越不明显,卸载后基木上不能回到原来的位置,塑性变形增大。
其破坏的模式主要有:螺栓滑移、转角过大以及顶底角钢扭转破坏。
部分试件出现的螺栓滑移现象,则可以通过刚度变化印证。
大部分试件都是由于梁的转角过大达到限值而破坏。
顶、底角钢是半刚性连接最薄弱的部件,由此产生的“转动变形”则是半刚性连接是否能正常工作的控制因素。
2.2.2滞回性能分析
顶底腹板角钢连接的滞回曲线更加饱满,反映出它有更好的耗能性能。
而在同一位移数值中,顶底角钢节点承担的荷载值最低,端板节点最高,表明三种连接的刚性是从顶底角钢连接、顶底腹板角钢连接、端板连接依次递增的。
当弯矩为零时,顶底角钢连接节点的残余变形最大,刚度退化现象也较为明显,而顶底腹板角钢连接节点次之。
2.2.3刚度性能分析
双腹板、顶底角钢半刚性连接节点具有明显的非线性特征。
在加载初期弯矩和转角能保持良好的线性关系,弯矩M随转角θ的增加而呈线性增加,但当荷载增加到一定程度时一就表现出了明显的非线性特征,弯矩随转角的增加而缓慢增加。
双腹板、顶底角钢半刚性连接在周期荷载作用下的初始刚度与构件的初始特性有关,而与加载方式无关。
2.2.4应力应变分析
角钢受力有其发展过程。
连接节点的受力开始主要由顶、底角钢受力,双腹板角钢只是出现很小的弹性变形;顶底角钢变形进入塑性后,随荷载增加塑性虽进一步加大,但顶底角钢所承受的荷载却增加的很少,这时荷载的增加主要由双腹板角钢承担。
顶角钢的短肢受拉且应变与弯矩之间能保持较好的线性关系;顶角钢长肢、底角钢的长肢和短肢都受压,其应变与弯矩的关系呈明显的非线性关系。
而试件中的梁、柱强度都比较高,尤其是柱基本上没有破坏。
3.半刚接框架柱的稳定分析方法
钢结构的设计主要包括强度、刚度、稳定性三个方面的内容,其中钢结构的稳定性是决定其承载力的一个特别重要的因素。
传统的刚架稳定设计方法是按照一阶弹性分析的方法即一般结构力学的计算方法确定内力,然后经过必要的组合得到各个构件的最不利内力。
有了刚架柱的轴压力和弯矩值后把柱当作独立构件单独设计,按照压弯构件验算柱的稳定。
但是钢框架中的梁柱大多不是以独立杆件的形式存在,而是整体框架的一部分。
因此,框架中的梁柱设计,必须考虑相邻框架杆件之间的相互影响。
在现行的设计方法中,这种相互影响用计算长度的概念来考虑。
钢结构框架设计中,梁柱节点连接有刚性连接、铰接和半刚性连接三种。
半刚性连接钢框架结构,性能介于刚接与铰接之间,半刚性连接增大了节点的柔性,并加大了框架结构的水平侧移,由于韧性较好,耗能能力较强,抵抗地震作用较好,同时节点用钢量较省,施工技术简单。
目前,我国工业与民用建筑结构中,普遍采用半刚性连接钢框架结构,但是我国《钢结构设计规范》尚无具体的半刚接钢框架柱内力分析方法以及柱计算长度的取值计算规定。
本文采用螺旋弹簧模拟梁柱节点连接的半刚性,考虑梁柱间的相对转角,通过引入梁柱线刚度比修正系数的计算方法,推导了有侧移和无侧移半刚接钢框架柱的计算长度系数公式。
有侧移半刚接框架柱的计算长度系数计算公式为:
4.半刚性连接框架的变形特点
传统钢结构或钢混组合结构设计中,框架的梁柱连接假设为完全的刚接或理想的铰接,事实上从弯矩和转角关系的模型来看,真实结构的梁柱连接都应该看作半刚性连接的特殊情况。
对地震荷载而言,半刚接框架节点变形大,韧性好,具有较强的耗能能力,是一种经济合理的选择,因此探讨半刚性连接计算模型对框架变形和内力的影响已经是日益紧迫的任务。
4.1梁柱连接的弯矩-转角(M-¢c)关系模型
在目前已知的大约800次半刚性连接试验中,适用Ramberg-Osgood和Richard-Abbott模型的情况较多,通过对34个外伸端板和19个受力区不带加肋板的外端板连接试验的回归分析,可以确定该关系模型的回归参数,相关因子R2=0.916.说明统计结果良好。
4.2解决双重非线性问题的弧长增量控制法
在半刚性连接框架的计算模型中,必须同时考虑几何大变形和材料非线性的双重非线性问题,常规的增量法和迭代法需作一些改进,因为增量法虽然能追踪变形的历史,但容易漂移,而迭代法计算简便,但无法追踪变形过程.所以通常采用混合法,即在一个增量步内采用牛顿法进行多次迭代。
弧长控制的优点在于提高了精度,加快了收敛速度,而且更重要的是克服了传统方法当路径上出现极值点时不能求得正确解的困难,还能够在迭代过程中调整增量步长,从而跟踪各种复杂的非线性曲线路径的全过程。
有限元增量迭代方式可表示为:
在有限元的迭代过程中由i到i+1点计算Δλnt+1的公式,倘若严格按照弧长的公式进行是相当复杂的,因此本文采用改进的算法:即用垂直于迭代向量的切线来代替圆弧。
5.结论及展望
本文在基于对半刚性连接节点所做的大量研究工作基础之上。
本文综合分析了半刚性节点及半刚接刚架,及对半刚接刚架的内力及变形特点和稳定性做了简单的分析并得出结论。
发现半刚性节点具有良好的耗能性能,并且具有制作安装简易等特点,可以预见它会越来越广泛地应用于实际工程中。
【参考文献】
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