梁柱半刚性连接组合钢框架分析初探
浅析半刚性连接对钢框架稳定性的影响
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浅析半刚性连接对钢框架稳定性的影响摘要:简要介绍几种典型半刚性连接方式,给出相应的弯矩—转角曲线,分析半刚性连接的受力和变形特性,总结半刚性连接对钢框架稳定性的影响因素。
关键词:半刚性连接、弯矩—转角、稳定、刚度在现行钢结构的分析和设计中,为了简化计算,通常将钢框架梁柱节点简化为理想铰接或完全刚接。
事实上,钢框架梁柱之间的连接既非完全刚性,也非理想铰接,在荷载作用下连接通常表现出一定的柔性,因此连接就本质而言应属于半刚性。
考虑设计的简单和便捷,如果荷载作用下,连接的变形可以忽略时,则把连接简化为完全刚接,不会对框架的真实受力和变形带来较大的误差;同理,当连接的抗弯能力可以忽略,采用理想铰接模型则比较合理。
但当连接的刚度处于完全刚接和理想铰接之间时,就应采用能够明确计入连接柔性影响的更为实际的分析方法[1]。
连接的半刚性不仅改变钢框架梁-柱之间的弯矩分布,而且还会增加结构的水平位移,对结构的总体强度和稳定性造成较大的影响,因此对半刚性连接的特性需做深入的研究,以便在钢框架设计中按照实际的半刚性连接来考虑。
1 半刚性连接类型见下图[2](1)顶底角钢连接(2)双腹板顶底角钢连接(3)双/单腹板角钢连接(4)短T型钢连接(5)外伸端板连接(6)平齐端板连接矮端板连接图一半刚性连接类型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单跨梁作为分析对象分析半刚性链接的受力性能。
在均布荷载q的作用下,梁两端的连接分别是刚接、铰接和半刚性连接,梁的跨度为L。
按照结构力学的方法,刚接时梁端弯矩为qL2/12,跨中弯矩为qL2/24,跨中最大挠度为qL4/384EI;铰接时梁两端弯矩为0,跨中弯矩为qL2/8,跨中最大挠度为5qL4/384EI;半刚性连接时,梁两端弯矩为0<M端<qL2/12,跨中弯矩为qL2/24<M中<qL2/8,最大挠度为qL4/384EI<fmax<5qL4/384EI;也就是梁端弯矩、跨中弯矩及最大挠度的大小取决于半刚性连接的刚度。
半刚性连接钢框架抗震性能分析
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从图 1 可以看 出: 钢框 架顶点位移 时程 曲线在地 震波激励 时间内表现 出良好 的稳定性 , 应该 是 由于节
梁、 柱均采用工字 钢 , 钢材 的弹性模量 E = . eI / 20 lN 6
个典型的 I I 类场地的地震记录 , I I , I 场地特征周期 03 .
04加速 度峰值 为 3 17a , .、 4 .gl 时间 间隔 O0s记 录 s . , 2 时间长度为 2s 0。中国的宁河 天津波 , 南北 向, 峰值加
~
() 框架层数 : 文中有限元框架试件的层数共 1 本
探讨框架层数 、 架跨数 , 框 尤其 是梁 柱连 接节点 的转 动刚度 等参数对钢框 架抗震性能的影响。
1 时 程分 析
( 振型 、 自振周期和阻尼) 都有密切 的关系H 。本 文选 川
取 了三条地震波进行分析计 算 :1 e m地震记 录、 E 一Cm 宁河天津地震记录、 迁安地震记录。
关键 连接部分 。大量的试验证明, 在荷载作用下 , 钢框 架 的实 际梁柱 连接 性能 总是介于理 想 的刚接 和铰接
C M I1, O BN 4 然后进行耦合以此来模拟半刚性节点。位
移边界方面 : A S S 在 N Y 分析 中需要给框架施加侧 向( z 方 向)O , g束 保证框架在侧 向( Z方向) 位移为零 。力边
【 关键词】 半刚性钢框架 ; 地震荷 载; 有限元 【 中图分类号 】 T 321 U5. 【 文献标识码 】 B 【 文章编号 】 1 1 66 ( 1)1 03 — 2 0 — 842 00 — 02 0 0 0
钢框架结构具有强度高 , 塑性、 韧性好 , 重量轻 , 特 别适 合动力荷载下工 作的特点 , 在实 际工程 中钢 框架 得到越来越广泛的应用 , 中梁柱节点是 钢框架 中的 其
半刚性连接钢框架稳定性分析
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半刚性连接钢框架稳定性分析【摘要】伴随越来越多的高层建筑开始兴建,半刚性钢框架结构被广泛应用,针对该结构的分析研究也取得了一定的成果,实践研究证明半刚性连接的钢结构抗震性能相对较好,非常适合在工程建设中推广。
本文首先对半刚性连接做综合阐述,接着分析半刚性连接钢框架结构的内力,最后论证分析半刚性连接钢框架结构的稳定性,力争从合理设计角度与结构应用状态相融合方面提出一些策略建议,以期为相关领域的研究提供有价值的参考。
【关键词】半刚性连接;钢框架;稳定性引言随着建筑事业的不断发展,钢结构框架被广泛应用,钢框架结构强度较高,韧性很好,且重量也轻,其中连接梁、柱节点的连接主要类型为铰接、刚接,一般来看,连接转动接近理想刚接80%即视为刚接,当梁柱轴线夹角受力接近理想铰接90%即视为铰接,当然在实际操作中,绝大部分的连接节点基本在刚接与铰接之间,这就是我们研究的半刚性连接。
半刚性连接集合了理想刚接与理想铰接的特点,半刚性连接钢框架结构的稳定性会更高一些。
1994年美国加州出现大地震,次年日本阪神出现大地震,当时数千栋大楼倒塌,经过调查发现,采用焊接节点的建筑受损程度很重,梁柱螺栓连接的半刚性框架结构的建筑受损较轻,可见半刚性连接的钢框架结构动力荷载性能是强大的。
一、半刚性连接概述上个世纪30年代,建筑领域对半刚性连接钢框架进行的研究探索,40年后,随着高强螺栓的普及应用,半刚性连接被广泛接受。
目前西方一些发达国家允许设计单位考虑连接特性,即对刚接、铰接、半刚性连接做以选择,我国对梁柱节点的连接研究相对较晚,近年来对于半刚性连接认可度较高,使用程度也逐渐加深。
理想刚接与理想铰接二者之间的半刚性连接是目前钢框架结构应用的主要连接方式,半刚性的连接综合了刚接与铰接的特点,受外力作用表现韧性更好,有效承受一定的弯矩,相应出现转角,半刚性连接钢框架结构不能被简单理解为理想刚接或理想铰接,它是通过高强螺栓将梁与柱连接在一起,目前建筑中常见的连接类型主要有顶底角钢连接、外伸端板连接、短T型钢连接、双腹板角钢连接等。
钢框架梁柱弱轴半刚性连接性能研究
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钢框架梁柱弱轴半刚性连接性能研究钢框架梁柱弱轴半刚性连接性能研究摘要:随着建筑结构的不断发展,钢结构在建筑领域中扮演着越来越重要的角色。
在钢结构中,连接是起到关键作用的构件之一,而连接的性能直接影响到整个结构的安全稳定性。
本文旨在对钢框架梁柱弱轴半刚性连接的性能进行研究,通过探讨连接构件的设计、材料选择和施工质量等方面,提高连接的性能。
1. 引言钢结构连接是将独立的构件以一定方式连接在一起,形成一个稳定的整体结构。
而在大多数钢结构中,连接处是最脆弱的部分,容易出现断裂和屈服等破坏。
因此,钢结构连接的性能研究至关重要。
2. 弱轴半刚性连接概述弱轴半刚性连接是一种常用的连接方式,在大跨度钢框架结构中得到广泛应用。
该连接方式的特点是在弯矩作用下,连接构件表现出较高的刚度,而在剪力作用下,连接构件则表现出较低的刚度。
3. 连接构件的设计连接构件的设计是保证连接性能的关键。
首先,选择适当的连接形式,如焊接、螺栓连接等。
其次,连接构件的截面尺寸和材料强度要能满足设计要求,并通过合理的弯曲刚度和扭转刚度来提高连接的变形能力。
4. 材料选择连接构件的材料选择直接影响连接的性能和稳定性。
材料的强度、韧性和抗疲劳性是衡量连接材料性能的重要指标。
同时,应考虑材料的可焊接性和耐蚀性等指标,在选择时综合考虑。
5. 施工质量控制连接在施工过程中需要严格控制施工质量,以确保连接的性能。
焊缝的质量是连接性能关键因素之一,应符合相关焊接规范和标准要求。
螺栓连接中,应严格控制螺栓的拧紧力矩,以确保连接构件间的紧固程度。
6. 弱轴半刚性连接的性能研究方法弱轴半刚性连接的性能研究可以通过理论计算和试验验证相结合的方式进行。
理论计算可以根据连接的力学模型,预测连接的耗能能力和变形能力。
试验验证可以通过更真实地模拟实际工况,验证连接的性能。
7. 结论钢框架梁柱弱轴半刚性连接作为一种常用的连接方式,对结构的安全性和稳定性至关重要。
本文通过对连接构件的设计、材料选择和施工质量控制等方面的研究,旨在提高连接的性能和稳定性。
钢框架半刚性连接与分析论文
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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。
半刚性连接研究
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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。
半刚性连接刚框架力学模型分析
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半刚性连接刚框架力学模型分析摘要:众所周知,节点的刚度影响着钢框架的结构性能。
要准确的确定节点的刚度值需要对节点采用复杂的数值模拟方法(如有限元)。
本文的主要目的是提出一个力学模型以分析节点刚度对框架性质的影响。
力学模型是基于用三个弹簧和一个不产生变形的节点模拟来描述相关节点和单元之间的平动位移和转动位移。
由此模型可以得到梁构件的刚度矩阵和受弯时的荷载向量。
本文举例说明了这种方法的简洁性和实用性。
关键词:刚接;半刚接;连接;计算模型;框架;塑性铰1.引言传统的钢结构分析和设计过程中,框架连接通常简化铰接或者刚接的。
理想的铰接意味着梁柱之间不传递弯矩,理想的刚接意味着连接该节点的构件之间不发生相互转动[1,2]。
但是,这两种情况是实际通常所用的大多数部分传递弯矩的连接的极端形式。
为评估框架的实际性能,有必要考虑连接柔度对框架性能的影响。
连接的柔度取决于紧固件的变形,连接的类型,它们的位置和连接构件的局部变形[7-9]。
连接细部构造涉及结构不同构件间的连接,因此,连接细部构造的任何改变都可能导致连接性质的明显变化[10-12]。
一些研究者如Kishi和Chen[9]收集了现有的实验结果并建立了钢结构连接的数据库,不但能提供给用户实验数据还能给出一些预测性的方程。
但是并不所有的结构工程师都可以接触到这些实验结果,并且当框架分析中连接的细部构造与现有的实验有明显的不同时,通过数据库得到的连接性质并不能正确的反映实际的连接。
De Lima[13]等人利用神经网络的概念来确定梁柱连接节点刚度的初始刚度。
但是这种方法使用范围有限,故作者并没有用实验数据对该方法的正确性加以验证。
Lopez[14]等人分析单层网格时基于数值模拟和实验结果建立了一种模型,该模型考虑了节点的刚度。
Del Savio等人也建立了半刚性连接节点的一种参数化的模型用来分析空腹梁。
梁柱连接实验结果[1,7,8,10_13,16]表明,在所有连接形式中,弯矩—转角关系都是呈非线性的并且随着连接刚度的变化而变化,两者的关系可用以下公式[17,18]表示:θ(1) =kMα由于有大量的参数影响连接的性质,故准确的模拟连接的性质就变得困难起来。
钢框架梁柱半刚性连接性能研究(土木结构工程专业优秀论文)
![钢框架梁柱半刚性连接性能研究(土木结构工程专业优秀论文)](https://img.taocdn.com/s3/m/b3d7be1291c69ec3d5bbfd0a79563c1ec5dad7d0.png)
出于半剐性连接的初始剐度主要与连接件的抗弯刚度、板厚以及螺栓的分稀位置有关,本文以有柱加劲肋,端扳厚度为20mm,排列四排螺栓,并且第l排螺栓与第2{{|=螺栓、第3排螺栓‘i第4排螺栓I’HJ距为120mm分和的外伸端板螺栓连接为基本模型,然后分别去掉托加劲肋、增加端极厚度以及改变螺栓分布进行计算。
为了区别这些模型,简单称为:a无加劲肋:b有加劲肋、端板厚度20mm;c端板厚度25mm:d四排螺栓、问距100mm;e五排螺栓:f三排螺栓。
部分有限元模型如图3-6。
(a)无加劲肋(b)有加劲肋(c)螺栓详图图3-6部分有限元模型3.32有限元模型计算分析3.3.2.1有无柱加劲肋的外伸端板连接的分析对有柱加劲肋和无柱加劲肋的外伸端板连接分别进行有限元计算。
首先,分析连接节点各个组件的应力变化。
全部荷载分两个荷载步分别施加,第一步施加约束荷载和螺栓预紧力,第二步施扭l竖向位移荷载。
第一个荷载步施加完成后,部分汁算模型的应力分缔如图3-7所示。
l枣l(a)O所示为柱右侧翼缘相对应端板部分,阁(b)为端板,两者的应力分布大致相同,都是螺栓孔周围2~3mm直径范围内有应力,且越靠近孔应力越大,越远离孔应力越小。
图(c)为螺栓的应力分靠。
螺栓杆的应力分确j是Ih杆的中问l≈两端逐渐增大,螺栓杆与螺栓帽连接处最大。
螺栓帽的分却~方面是出圆心处逐渐向外递减,另一方面是由靠29——(a)柱右冀缘(b)端板(c)螺栓(d)柱腹板和粱腹板(e)梁上下翼缘图3-7第l荷载步作用下的应力分布云图(a)无加劲肋(b)有加劲肋图3-8螺栓的应力分布云图30——加劲肋柱翼缘的应力增加快慢不同,程度不同,图3-9为柱右侧翼缘的最后应力分布云图。
有无加劲肋粱端板的应力变化过程大致栩同,应力从第1排、第2排螺栓孔附近丌始增长,逐渐扩张到第l排、第2排螺栓的中州部位,随后第3排、第4排巾l-白J丌始出现应力增长,范cl;l逐渐扩人。
钢框架半刚性连接研究与分析
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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。
新型方钢管柱—H型钢梁半刚性连接钢框架抗震性能研究
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新型方钢管柱—H型钢梁半刚性连接钢框架抗震性能研究目前,装配式钢结构正快速发展,而传统焊接节点不利于施工、抗震性能差的弊端越来越明显,急需开发新型的节点形式来满足实际工程的需要并进一步促进钢结构装配式的发展。
本文介绍了一种新型的方钢管柱-H型钢梁半刚性节点,将其应用于框架来研究其抗震性能。
主要通过足尺拟静力试验和数值模拟两种研究方法,研究了新型半刚性连接钢框架的破坏形式、滞回性能、强度和刚度退化、延性和耗能能力等,分析了不同参数对其抗震性能的影响,还建立了三维新型半刚性连接钢框架模型研究其在多遇和罕遇地震下的抗震性能,为新型半刚性连接钢框架的实际工程应用做出参考。
对足尺新型半刚性连接钢框架沿梁轴线方向施加低周往复荷载进行拟静力试验,来研究框架的破坏特征和机理、应力应变规律、滞回性能、强度和刚度退化、延性和耗能能力,试验结果表明:新型半刚性连接钢框架破坏主要发生在节点域——槽型钢梁与外套筒焊缝开裂、H型钢梁屈曲变形、外套筒和柱翼缘变形等;新型半刚性连接钢框架滞回性能较好,承载力高,延性和耗能出色,且强度退化不明显,刚度退化较平稳。
通过ABAQUS有限元软件建立与试验一致的有限元模型,将模拟结果与试验结果进行了对比,并分析了框架各部位的应力应变,结果表明:有限元模型的破坏形式、应力应变分布以及抗震性能都与试验结果较为吻合,角钢、槽型钢梁等能有效地将塑性铰外移。
以基准模型为基础,在ABAQUS中建立另外11个有限元模型,分析了节点形式、框架跨度、框架层高、轴压比对新型半刚性连接钢框架抗震性能的影响,分析表明:新型节点能够有效的将塑性铰从梁端外移至槽型钢梁边缘,发挥梁的耗能能力,提高了框架的抗震性能,新型半刚性连接钢框架刚度和承载力远大于纯焊接框架;跨度对新型半刚性连接钢框架的影响较大,跨度增大能使梁塑性铰外移并充分发展,梁先于节点破坏,提高框架耗能能力;层高对新型半刚性连接钢框架有一定影响,层高增大滞回曲线饱满度不断减小,承载力和刚度降低,耗能能力下降;轴压比对新型半刚性连接钢框架的影响尤为显著,适当的柱轴压(0.2左右)有利于改善新型半刚性连接钢框架的破坏形式和抗震性能,充分发挥梁的耗能能力,但轴压过大会导致柱先于梁破坏,大大削弱框架的抗震能力。
钢框架结构梁柱点连接设计方法分析(全文)
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意节点板的厚度选择一定要合理,如果节点板太厚就会造成材料 的浪费,而且也不能充分的利用节点域的变形能力耗散地震能量; 如果节点板厚度不足,那么梁柱的连接虽然能进展相当大的塑性 变形但由于梁翼缘难以形成塑性,这就对节点的耗能能力造成了 限制。同时,如果节点域的塑性转动过大就会增加框架水平位移 的移动量,这样就对框架的整体受力产生不利的影响。因此在进 行钢框架结构梁柱点进行全焊连接设计时梁上下盖板边缘与柱 设计为对接焊缝连接,盖板与梁的连接设计为角焊缝,梁腹板与 柱连接通过钢板或角钢连接在一起,钢板或角钢与梁腹板设计为 角焊缝连接,钢板或角钢与柱设计为对接焊缝连接。在进行全焊 连接点设计时为幸免增加结构的刚度和接头部位的应力集中,应 根据“强节点、弱杆件”的原则适当加强节点,在不发生失稳的 情况下可适当的削弱梁,使塑性变形出现在梁上。为了减少结构 和焊接接头部位的应力集中,腹板上的工艺孔就平滑过渡,幸免 应力集中,有不减小腹板连接强度的条件下适当的加大工艺孔, 这样可方便在施工时的焊接处理从而提高焊接的质量。
3.4 栓焊混合连接 所谓栓焊混合连接主要指的是摩擦型高强度螺栓与焊缝形 成的混合连接,在进行这种形式的连接时,要注意焊缝的破坏强 度要高于高强度螺栓连接的抗滑极限强度且不能设计于需要难 处疲劳的连接中。在静力荷载作用下,摩擦型高强度螺栓可以和 侧角焊缝共同使用,而在直接承受动荷载作用的连接中则不能设
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腋,其目的在于能过加腋增加节点处截面的有效高度,从而迫使 塑性变形在梁腋区域外形成从而冲洗梁下翼缘处对接焊缝的应 力。梁腋可由 H 型钢或工字型钢切割而成,梁腋的腹板、翼缘 分别能过角焊缝、对接焊缝与梁柱焊接。
结束语:钢框架结构梁柱点的设计关系着整体结构的承载力 和质量,梁柱连接点是钢结构工程中的最薄弱部位,也是最重要 的部位,因此在进行设计时要法,同时还要注意新式节点在设 计中的应用,以此来保证钢结构工程的整体性能。
半刚性连接整体钢框架拟动力试验分析
![半刚性连接整体钢框架拟动力试验分析](https://img.taocdn.com/s3/m/5ac6dbd976eeaeaad1f33040.png)
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
钢结构半刚性连接及框架非完全相似误差分析方法的
![钢结构半刚性连接及框架非完全相似误差分析方法的](https://img.taocdn.com/s3/m/eedd5b2e793e0912a21614791711cc7930b7786e.png)
2023-11-06CATALOGUE目录•钢结构半刚性连接概述•钢结构框架非完全相似概述•半刚性连接对钢结构框架性能的影响•非完全相似误差分析方法•误差分析在半刚性连接钢结构框架中的应用•研究展望与挑战01钢结构半刚性连接概述具有一定的变形能力相对于刚性连接,半刚性连接具有一定的变形能力,能够在一定程度上吸收地震能量。
对连接部位的要求较低相对于刚性连接,半刚性连接对连接部位的制作精度和施工要求较低。
具有一定的刚度相对于纯柔性连接,半刚性连接具有一定的刚度,能够承受一定的弯矩和剪力。
通过螺栓将两个钢板连接在一起,具有施工方便、耐疲劳等优点。
螺栓连接通过焊接将两个钢板连接在一起,具有制作简单、强度高等优点。
焊接连接通过铆钉将两个钢板连接在一起,具有承载力高、耐疲劳等优点。
铆钉连接半刚性连接在桥梁工程中得到了广泛应用,如钢桥的拼接、钢箱梁的连接等。
桥梁工程建筑工程机械制造在建筑工程中,半刚性连接被广泛应用于钢结构的拼接、钢柱的连接等。
在机械制造领域,半刚性连接被用于各种钢结构的拼接、传动轴的连接等。
03020102钢结构框架非完全相似概述非完全相似是指两个或多个结构或构件在几何、物理、力学等方面的特征不完全相同,呈现出差异性。
这种不完全相似可能是由于制造、安装、使用过程中的各种因素导致的,如材料差异、制造误差、应力分布不均等。
非完全相似的定义按照产生原因的不同,非完全相似可以分为以下几类确定性非完全相似:由于结构或构件的几何、物理、力学等方面的特征存在确定性差异导致的非完全相似。
随机非完全相似:由于随机因素导致的非完全相似,如制造误差、安装误差等。
渐变非完全相似:由于结构或构件在使用过程中受到环境因素(如温度、湿度)的影响而逐渐产生的非完全相似。
面。
变形增大等。
结构安全性产生影响。
03半刚性连接对钢结构框架性能的影响03风载和地震作用下的性能在风载或地震作用下,半刚性连接的钢结构框架可能会因为节点刚度的变化而影响其性能。
浅谈半刚性与钢框架结构对接技术
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不安全或偏于保守的。 因为在实 际工程中。 的刚性 连接 这是 所谓 具有一定的柔度- 而所谓 的理想铰接也是具有一定刚度 。 因此, 把
转 动 刚度 介 于 二者 之 间 的连 接 。 为 半 刚性 连 接 。 称
刚 接 连 接 制 作和 施 工 处 理 很 复 杂 而 半 刚 性 节 点连 接 则 相
刚性 连 接 是 有 限 的转 动 刚 度 。在承 受 弯矩 的 同时 会 产 生 相 应 的 转 角 , 内力 分 析 时 必 须确 定连 接 的 弯矩 转 角 特 性 。 在 以便 考 虑 变 形 的影 响 ” 有 给 出关 系 的 具 体 数值 . 需要 试 验 确 定 。 由此 可 . 没 而 以看 出我 国规 范仅 给 出 了定 性 规 定 . 算 分 析 方 法 上 没 有 给 出 计 明确 的指 示 , 于 半 刚性 连 接 已经 在 我 国工 程 中应 用 . 以 对 其 鉴 所
定 , 许 应 力 设 计 ( S ) 范 (IC 9 9 列 出三 种 类 型 的 连 接 : 容 A D规 AS 18 )
铰接假定 中, 梁与柱之间没有弯矩传递, 仅传递剪力。 梁和柱之间
的转 动 是 相互 独 立 的 。在 理 想 刚性 连 接 假 定 中, 邻 梁 柱之 间不 相
① 类 型 l 刚 性连 接 , 定梁 和 柱 的 连 接 有足 够 的转 动 刚度 . 或 假 能
对 大 体 积混 凝 土 的养 护 , 根 据温 控 措 施 的 要 求进 行 , 混 应 使 凝 土 的 内外 温 差 、 降温 速 率 满 足温 控 指 标 的要 求 。 保温 养 护 的持 续 时 间 , 根 据温 度 应 力 加 以控 制 、 定 , 不 得少 于 1d 保 温 应 确 且 5, 覆盖 的拆 除 应分 层 逐 步进 行 。 保温 过 程 中, 保持 混 凝 土 表面 的 应 湿 润 。在 大 体积 混 凝 土 的养 护 过程 中 , 得采 取 强制 、 均 匀 的 不 不 降温 措 施 。 大体 积 混凝 土 拆 模 后 , 及 时 采 取预 防 寒 潮 袭击 、 应 突 然 降温 和 剧 烈干 燥 等 措施 。
半刚性连接钢框架在工业建筑的应用探讨
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半刚性连接钢框架在工业建筑的应用探讨通常来说,工业建筑实际结构设计过程中,一般利用假定的方法,认为钢梁与钢柱实际连接过程中,始终保持完全刚接,又或者保持理想铰接状态。
然而,这种假设忽略了现实情况,容易造成设计方面的问题。
如果是完全刚性状态下,钢梁与钢柱之间较为固定,一旦出现框架变形现象,不会出现明显的转动,这显然与实际情况不符。
理想铰接状态下,钢梁与钢柱间尽管可以发生转动,但是二者在力学传统方面受到影响,弯矩难以进行有效传递。
由此可见,只有半刚性结构才真正符合现实,因而工业建筑结构设计应出于半刚性连接加以考虑。
一.各国关于工业建筑建设中半刚性连接方面规定目前来说,欧美等国家经过长期实践探索,已经逐渐认可半刚性连接,并通过相关规范对半刚性连接进行明确规定[1]。
在1992年制定的EC3规范中,明确规定半刚性框架结构,与刚性连接、柔性连接共同组成了基本的框架结构类型。
在1986年-1989年期间,美国AISC经过研究最终规定,钢框架设计阶段,不仅应考虑到钢结构实际类型,还应充分考虑到连接形式。
按照规范规定,最终确定钢框架连接形式主要包括以下三种:第一种,刚性连接形式。
所谓刚性连接是指在实际设计过程中,梁结构与柱结构之间由于保持较大刚度,因而相交构件不会产生较大位移。
第二种,简支连接形式。
通常在假定设计中,这种连接形式在力学传递方面仅仅进行垂直剪力的传递,而不进行弯矩的传递。
第三种,半刚性连接形式。
在力学传递过程中,这种方式既可以进行垂直剪力的传递,同时又可进行弯矩传递。
相对而言,半刚性连接更加符合工业建筑设计建设实际,因而工业建筑实际建设过程中,应切实考虑半刚性连接设计。
二.半刚性连接钢框架在工业建筑中的实际运用(一)半刚性连接模型通常来说,在结构设计的过程中,还应注重模型方面的确定。
按照连接形式划分,半刚性连接又包括多种形式,例如顶底角钢连接形式、矮端板连接形式、双腹板连接形式以及单腹板连接形式等。
钢结构半刚性连接及框架非完全相似误差分析方法的
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钢结构半刚性连接及框架非完全相似误差分析方法的
钢结构半刚性连接是指连接件在受力过程中能够部分传递弯矩和剪力,而不能传递轴力。
相比于刚性连接,半刚性连接可以减小结构的刚度和承
载力需求,从而实现轻量化设计。
然而,由于连接的复杂性和非线性特性,半刚性连接设计中存在一定的误差。
为了准确分析半刚性连接的行为,框
架非完全相似误差分析方法被引入。
框架非完全相似误差分析方法是一种通过模拟结构连接在力学行为上
的非线性特性来研究误差的方法。
该方法的主要步骤包括:首先,通过实
验或数值分析获取结构连接在受力过程中的荷载-位移关系曲线;然后,
构建一个等效的半刚性连接模型,使其在具体荷载条件下的荷载-位移关
系曲线与实际连接尽可能接近;最后,通过比较实际连接和等效连接的荷
载-位移关系曲线来分析连接误差。
在进行框架非完全相似误差分析时,需要考虑连接材料的非线性特性,如塑性变形和弹性变形之间的转换。
为了模拟连接材料的非线性行为,可
以使用经验公式或数学模型来描述连接在荷载作用下的弯矩和剪力传递性能。
在实际工程中,可以使用专用软件进行连接模型的建模和分析。
此外,框架非完全相似误差分析方法还需要考虑连接的刚度和强度对
结构整体性能的影响。
通过在结构模型中引入等效的连接刚度和强度参数,可以分析连接误差对结构刚度和强度的影响程度。
总之,钢结构半刚性连接及框架非完全相似误差分析方法是一种研究
连接误差的有效方法。
通过准确分析连接的行为,可以指导工程设计和施工,提高结构的性能和安全性。
半刚性连接钢支撑框架模态分析
![半刚性连接钢支撑框架模态分析](https://img.taocdn.com/s3/m/f53db8183968011ca3009132.png)
半刚性连接钢支撑框架模态分析关键词: 模态分析;有限元法;钢支撑框架;半刚性钢支撑框架体系是由纯框架体系变化而来,即以纯框架为基本结构,在房屋的纵向、横向或者其他主轴方向,根据侧力的大小,布置一定数量的垂直支撑桁架,框架和垂直支撑形成支撑框架,它属于双重抗侧力结构体系,支撑桁架是第一道防线,框架是第二道防线,由于支撑斜杆一般不承担竖向荷载,所以支撑产生屈曲或破坏不会影响结构承担竖向荷载的能力,不致危及结构的基本安全要求。
然而实际结构总是受到各种动荷载的作用产生振动现象,振动会造成结构因共振或结构疲劳而破坏。
随着钢支撑框架体系大规模的运用,其内部动应力的分析也越来越复杂。
因此 , 钢支撑框架结构的固有振动频率及振型计算分析是其整体设计必须解决的问题,进而避免外力频率和结构的固有频率相同或接近,防止共振现象的发生。
随着有限元理论及计算机技术的发展和广泛应用, ansys 软件能够对钢支撑框架进行有限元建模, 更加全面的分析和评价钢支撑框架的动力性能,对其设计、施工、质量评定具有十分重要的意义。
本文主要运用ansys对二层钢支撑框架结构进行分析,介绍其主要建模过程和动力分析结果[1-3]。
一、模态分析基本原理1.模态分析定义模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型),即结构的固有频率和振型,它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时,也可以作为其他动力学分析问题的起点,例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析。
其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谱响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
模态分析在动力学分析过程中是必不可少的一个步骤。
在谐响应分析、瞬态动力学分析的分析过程中均要求先进行模态分析才能进行其他步骤[4]。
模态分析主要分析结构自身的固有振动频率,尽量防止出现结构承受的载荷与其固有频率相同的状况。
一旦外载荷与结构固有频率相同,必然发生共振,造成结构屈服。
典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题:其中,——刚度矩阵;——第j阶棋态的振型向量(特征向量);——第j阶模态的固有频率(4是特征值)[m]——质量矩阵。
半刚性连接钢框架的结构稳定性研究的开题报告
![半刚性连接钢框架的结构稳定性研究的开题报告](https://img.taocdn.com/s3/m/7b808301326c1eb91a37f111f18583d048640f67.png)
半刚性连接钢框架的结构稳定性研究的开题报告一、研究背景和研究意义近年来,随着我国建筑工程的迅速发展,半刚性连接钢框架结构因其优异的抗震性能和先进的施工方式而受到越来越多的重视和应用。
半刚性连接钢框架结构采用了钢材与混凝土的复合结构,不仅兼具了钢的高强度和韧性,还能利用混凝土的极佳的耐火性和抗震性,大大增强了结构的整体稳定性和承载力。
然而,半刚性连接钢框架结构也存在着一些问题,如连接节点的设计和施工精度、钢材的遗留应力等。
这些问题会影响结构的稳定性和安全性,给建筑工程的可持续发展带来隐患和不利影响。
因此,对半刚性连接钢框架结构的稳定性及其影响因素进行研究,具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容和研究方法(一)研究内容本课题拟从以下几个方面开展研究:1.半刚性连接钢框架结构的设计原则和规范性要求。
2.半刚性连接钢框架结构的基本特性,如抗震性能、受力特点、稳定性等。
3.半刚性连接钢框架结构连接节点的设计原理及其稳定性分析。
4.半刚性连接钢框架结构的结构稳定性分析方法及其评价标准。
5.半刚性连接钢框架结构在实际工程中的应用与发展。
(二)研究方法本课题的研究方法主要包括实验研究和理论分析两个方面,具体如下:1.实验研究:通过构建半刚性连接钢框架结构模型,进行力学试验,验证其稳定性和受力性能,并分析其影响因素。
2.理论分析:通过建立半刚性连接钢框架结构的数学模型,运用力学、结构分析等理论方法,对结构的稳定性进行分析和评价,探讨其稳定性的影响因素。
三、预期研究成果通过对半刚性连接钢框架结构的灵敏度分析和稳定性分析,本课题预期将获得如下研究成果:1.深入掌握半刚性连接钢框架结构的设计原则和规范性要求,综合评价其结构特性和稳定性。
2.探究半刚性连接钢框架结构连接节点的设计原理和稳定性分析方法,为实际工程提供技术指导。
3.建立半刚性连接钢框架结构的数学模型,制定评价标准,为结构设计和抗震加固提供理论依据。
4.提出半刚性连接钢框架结构的合理应用方法,促进其在工程实践中的进一步发展和应用,增强建筑工程的整体安全性和可持续性。
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件下 r从 0 ~1 的内力及变形 ,在分析时 ,先分步施加竖向荷载 ,竖向荷载作用计算完成后再分步施加水 平荷载 ,分析结果见图 .
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河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报
S ii = S jj =
第 23 卷
式中 ,
1 12 E I (4 + ) 4 LR kB 1 12 E I (4 + ) 4 LR kA
S ij =
2
R
R = (1 +
4E I 4E I EI 2 4 ) (1 + ) - ( ) ( ) LR kA LR kB L R kA R kB
( 2 )约束系数对内力的影响较为复杂 ,对于梁来说 ,随着约束系数的增大 , 框架梁的跨中弯矩减小 ,
而框架梁在节点处的弯矩增大 ;
( 3 )对于柱的影响由于水平荷载的作用 ,其规律比较复杂 , 在约束系数较小时 , 柱的弯矩有可能反
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1 + 1 3E I
LRj
式中 , R j 为节点连接的割线刚度 . 对于铰接节点 r = 0, 对于刚接点 r = 1, 从理论上讲 , 一个半刚性 节点的约束系数位于 0 与 1 之间 , 即 0 < r < 1. 约束系数 r对连接刚度 R j并不敏感 , 通常只需要近似的 θ M— 曲线关系即可 , 对于结构整体分析而言产生直接影响的是 r而不是 R j , 这实际上在某种意义上说 明了在实际工程中将并不是完全刚接的连接简化为刚性连接时它仍能比较真实的反应节点特性的原 因 . 根据 EC 3 的分类标准
( 5)
{ F} 和 {δ } 为局部坐标系中单元的杆端力和位移矢量 , { FF } 为竖向荷载作用下的半刚性梁的固端弯矩
力矢量 ; { FF } = { 0 VA M A 0 VB M B } , 其中 M A , M B 分别为
MA = MB = EI EI α ,α = A = B LR kA NhomakorabeaT
α M FA + 6 B M FB (1 + 4 α α α A + 4 B + 12 Aα B ) α M FB + 6 A M FA (1 + 4 α α α A + 4 B + 12 Aα B )
( 6a) ( 6 b)
LR kB
M FA和 M FB为两端固定梁在荷载作用下的固端弯矩 . 由以上分析可知 ,在其它条件相同时 , 梁端弯矩主要
第 2期
刘清平 王静峰 梁柱半刚性连接组合钢框架分析初探
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三参数幂函数模型 ,其形式为 M =
R k iθ r R k iθ r 1 /n [1 + ( ] M j, R d )
n
( 1)
式中有三个参数 M j, R, d 、 Rk i、 n 分别为极限弯矩 、 初始刚度和形状参数 .
第 23 卷 第 2 期 河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报 Vol . 23 No. 2 JOURNA OF HEBE I I N STITUTE OF ARCH ITECTURAL ENGI N EER I NG 2005 年 6 月 June 2005
MA MB EI θ ) + 2 (θ ) ] M A = 4 i (θ = [ 4 (θ A - θ r A ) + 2i( B - θ r B ) A B L R kA R kB MB MA EI θ ) + 2 (θ ) ] M B = 4 i (θ = [ 4 (θ B - θ r B ) + 2i( A - θ r A ) B A L R kB R kA MA R kA MB R kB ( 1a) ( 1 b)
进一步可得半刚性连接梁单元的刚度矩阵为
EA L
0 0
[ k ] =i EA L
( S ii + 2S ij + S jj ) ( S ii + S ij ) EI 2 L
EI 3 L S ii EI L
0
- ( S ii + 2S ij + S jj ) ( S ij + S jj ) EI 2 L EI 3 L
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刘清平 王静峰 梁柱半刚性连接组合钢框架分析初探
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1. 2 框架组合梁的简化
考虑压型钢板混凝土楼板组合作用 , 在进行结构整体受力分析时框架组合梁的刚度取值参照《钢 结构设计规范 》 中关于连续组合梁的刚度的计算方法计算框架梁的等效刚度及其它截面参数 . 1. 3 约束系数 在分析中引入表示节点刚度与其相连的框架梁的线刚度之间的关系的约束系数来 ,约束系数为在 [5] 单位弯矩作用下梁的转角与整个节点转角 (包括梁的转角 )的比值 ,其值为 r =
0 前 言
钢框架是现代多高层建筑钢结构常用的结构体系 ,其楼盖体系通常是现浇的混凝土楼板体系或压 型钢板组合楼板体系 ,这种楼盖体系除了大大加强了楼盖平面内的刚度外 ,还由于混凝土楼板或压型钢 板组合楼板和钢梁之间有足够的或者部分强度的连接 ,钢梁和混凝土楼板可以协调进行工作 ,考虑这些 因素将对整个框架的受力产生较大的影响 . 但现今在钢框架结构的设计分析过程中 ,通常都假定满足相 应构造措施的梁柱之间的连接为理想刚接或理想铰接 ,虽然这种理想化的模型在很大程度上简化了分 析和设计过程 ,但任何实际的结构节点都只能有一定程度的转动能力同时在一定的程度上承担相应的 弯矩 ,实际工程中梁柱连接刚度都是介于这两者之间的
[7 ]
, 对于无支撑框架 , 若 0. 5 E Ib /L b < R k i < 25 E Ib /L b , 即 0. 04 < α =
E Ib Lb Rki
< r
< 2 ( 0. 077 < r < 0. 81 ) 时定义为半刚性节点 .
2 半刚性节点钢框架理论分析模型
在框架弹性分析中 , 对框架内力产生影 响的主要是约束系数的变化 , 而对于具体结 构分析主要体现在节点与框架梁之间刚度的 [8] 相对值 , 为此建立半刚性梁单元 , 用非线 性转动弹簧模拟节点柔性对梁单元的影响 , 如图 1,对于任一梁单元 i, 弹簧的相对转角 θ r A 和θ r B 与弹簧转动刚度的关系为 θ = r A θ = r B 这样考虑节点柔性修正后的梁的平衡方程为
土强度等级 C30,板厚 100,受力钢筋用 HRB335. 框架连接的力学特性参考 Y . Xiao 和 B. Ahmed 面几何特性参数参考赵鸿铁
[ 11 ]
[9]
[ 10 ]
,截
,分析中不同的 r主要通过调节配筋率实现 . 框架所受荷载及计算简图
如图 3 所示 . 在简化分析模型中 ,节点非线性弹簧单元用 COMB I N 39,其典型 M - θ曲线如图 2; 梁 、 柱用
0
- ( S ii + S ij ) S ij EI L EI 2 L
EA L
( 4)
0 0
0 0
( S ii + 2S ij + S jj ) - ( S ij + S jj )
EI 3 L
EI EI 2 S jj L L
因此 ,单元的刚度方程可表达为
{ F} = [ K ] {δ } + { FF }
梁柱半刚性连接组合钢框架分析初探
刘清平
1, 2
王静峰
2
1 长江大学 城市建设学院 ; 2 同济大学 建筑工程系
摘 要 考虑半刚性组合钢框架中组合节点对框架特性的影响 ,针对不同的约束系数对组合 钢框架进行了整体分析 ,比较了在不同节点约束系数下框架的内力及位移分布特点 , 对在传 统分析设计方法的基础上考虑半刚性连接及楼板组合作用的设计方法进行了探讨 . 关键词 半刚性连接 ; 组合梁钢框架 ; 端部约束系数 中图号 TU3
[3]
. 作为初步研究 ,需要选择具有代表性的结构 . 本文选择了单层单跨及三层两跨组合钢框架进行分
析 . 假定梁一柱节点为半刚性连接节点 ,半刚性节点用非线性弹簧表示 .
1 半刚性连接框架简化模型
1. 1 弯矩 — 转角模型
梁柱节点在提供荷载抗力和结构稳定方面具有重要的作用 ,对于梁与柱的连接 ,要传递的一组广义 力包括轴力 、 剪力 、 弯矩和扭矩 . 在平面问题的研究中 ,扭矩的影响可以忽略 ,同时 ,对于大多数连接 ,与 转动变形相比 ,轴向变形与剪切变形都很小 . 因此 ,从适用的目的 ,只需要考虑连接的转动特性 . 对于组 合钢框架结构 ,节点在负弯矩作用下的特性有足够的研究能较好的模拟其特性 ,但对节点在正弯矩作用 下的特性很少见报道 ,由于缺乏相应试验数据 ,而且一般以承受竖向荷载为主的低 、 多层框架在实际工 [4] 程中 ,在梁端出现正弯矩的可能性一般很小 . 本文组合节点分析模型采用 Kishi - Chen ( 1990 ) 提出的
决定于连接的约束系数 .
3 算例及结果分析
采用通用有限元分析软件 ANSYS 对一层一跨及三层两跨 组合 框架 进行 了分 析 , 框 架柱 采用