刚性-半刚性混合节点钢框架性能的初步研究

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和 变形 不尽合 理 , 而半 刚性 节点 框 架则 反 之 _。. 2] 以 ‘ 往 的研究 多 集 中于 全 刚 性 节 点 框 架 和 全 半 刚 性 节
基 金 项 目 : 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( 0 7 0 1 ,教 育 部 新 世 5748)
纪人才支持计划 ( E NC T~0 — 00 ) 和 “ 7 84 十一 五 ” 国
中图分类 号 :TU 9 31
文献标 识 码 :A
文章 编号 :1 0 —8 9 (0 1 0 0 9 9 2 2 1 )2—0 2 0 4—0 3
Pr lm i a y S u y o r o m a e o e i n r t d n Pe f r nc f
Rii_ e rgdJ i td S e l a gd- miii on e te S Fr me
家科 技 支 撑 计 划 重 点 资 助 项 目 ( 0 6 A 1 B 7 20B J40 、
2 0 BAJ 5 8 06 0 A0 )
点 框架 , 两 者混合 框 架 的性 能 研 究甚 少 . 于 此 , 对 鉴 本文通过 AN Y S s分 析软件将 刚性 节点 钢框架 、 刚 半 性节点 钢框架和 刚性一 刚性混合节点 钢框 架在静载 半
动 刚度 同为 2 N ・m/ a , 余 梁 柱 节 点 连 接 均 0k rd 其
采 用 刚性 连接 ( 图 1 所 示 ) 3种 不 同连 接形 式 的 如 c . 框架 均不 考虑 平 面外 自由度.
刚性一 钢性混合 框架 与 刚性框 架 相 比 , 半 虽然 在
( a) ( b) ( c)
第 1 卷 第 2期 1 21 0 1年 6月
徐 州 建 筑 职 业 技 术 学 院 学 报
J OURNAL OF XUZ HOU NS TUTE OF ARCHI C I TI TE TURAL TE CHNOLOGY
V0.1 № . 1 l 2
Jn 21 u. 01
风载作用 下 的最大 弯矩相差不 大 , 但对于全 刚框架 来 说, 其弯矩 较大 的部 分 出现在 框 架 的每一 跨 中 ; 对 而 于混合框 架 , 其最大 弯矩 仅 出现 在边 跨 中 , 且混 合框 架 的侧移 量较接近 于刚性框架 而远 小于半 刚性框 架 , 因而保证 了结构 的实用性. 同时 3种框架风载作用 下 的轴力相 差不大且 分布形式也大致 相 同. 这说 明混 合
刚性一 刚 性 混合 节 点 钢 框 架 性 能 的初 步研 究 半
宋广 文 , 夏军 武
(中 国矿业大 学 力 学 与建筑 工程 学 院 , 江苏 徐州 2 1 0 2 0 8)
摘 要 : 基 于钢 框 架 A Y NS S有 限 元 模 型 , 刚性 、 刚 性 节 点 钢 框 架 和 刚 性 一 刚 性 混 合 节 点 钢 对 半 半
fr e n eo main frg d s mirgd a d rgd s miii on e te r me n e ttc o c sa d d f r t so ii , e —ii n ii—e rgdj it d s e lfa su d rsa i o
a d d n mi l a s Th e ut h we h tt e ltr lds lc me t frg ds miii on e n y a c o d. er s ls s o d t a h a ea ipa e n s o ii—e rgd j it d
框 架在静 载和 动载 下 的受 力与 变形进行 了对 比分析 , 出: 得 刚性一 刚性 混合 节点 钢框 架在 风载 作 半
用 下的侧 移量较 接 近 于刚性框 架 ; 地震 作 用 下 其各 层 的 位 移 规律 明显 好 于刚性 框 架 , 值 介 于 在 幅 刚 性 和 半 刚 性 框 架 之 间 , 本 呈 收 敛 状 态. 基 关 键 词 : 钢 框 架 ; 刚 性 ;半 刚 性 ; 混 合 节 点 框 架

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4 5 6
3 计 算 结 果 分 析
3 1 风载 作用 下 的内力 范 围及 最大 侧移 . 在风 载 作 用 下 3种 框 架 的各 构 件 的 内力 范 围 及 最 大侧移 量见 表 2 .
表 2 3种 框 架 在 风 载作 用 下 的 内 力 范 围及 最 大 侧 移 量
和动 载作用 下的受力 和 变形 进行 对 比, 对钢 性一 并 半 钢性 混合节 点钢框架性 能进行相关 的分析探 讨.
波… 进行结 构 动力 时程分 析.X 轴方 向地震 加速 度 峰值 为 7 a. 0g 1
表 1 在 各 层 作 用 的 风 荷 载 集 中 力
Tab W id-o d c nc nta e f r e n a iu a e s .1 n l a o e r td o c so v ro s ly r
本文 以地 震 荷 载作 用 下 框 架 各 层 随 时 间 的位
移量 来考 察框 架 的抗震 性能 . 在地 震作 用 下 , 框 3种
架 各 层 随时 间的位 移如 图 2 图 3 图 4 示 . , , 所
可 用于 一维 、 维 、 二 三维 分 析 ]框 架 各 跨 各层 梁上 .
在传 统 的结构 分 析和 设计 方 法 中 , 往 把梁 柱 往
连接 节点处 理 成 理 想 的 刚 接 或 铰 接. 而 , 实 际 然 在
用 下将产 生 变 形. 因此 , 格 说 应 将 其 视 为 半 刚 性 严 连接 . 一般 认 为 , 只有 当 连 接 转 动 约 束 达 到 理 想 刚
框架在 风载作用下 的力学特性更具 优势.
3 2 地 震 荷 载 作 用 下 的 时 程 分 析 .
图 1 有 限元 分 析 模 型
Fi .1 Fi t lm e nay i o l g nie ee nta lssm de
2 框 架 单 元选 取 及 加 载
在 有 限元分 析 中 , 柱 均 采 用 B a 梁 em3梁 单 元 . 选 用梁 单元 B a em3是 考 虑 了轴 向变 形 的平 面 梁 元 在 每 一个 节点 上有 3个 自由度 ( 即沿着 坐标 X、 y轴
作 者 简 介 : 宋 广 文 ,男 , 山东 济 宁 人 ,硕 士研 究 生.
E — m a l s i: gw1 4 5 7 8 9 1 6 C I 3 6 4 7 8 @ 2 . OT I
第2 期
宋广 文 , :刚性一 刚性 混合 节点钢 框 架性 能的初 步研 究 等 半
2 5
1 钢 框 架 有 限 元 模 型
本 文 对 一榀 6层 3跨 的钢 框 架 进 行 有 限 元 分 析 . 梁 和 钢 柱 均 采 用 P 8×3 5钢 管 , 密 度 为 钢 4 . 钢
层 数

风 载 集 中力 / N k
78 0k / ; 松 比为 0 3 柱 距 均 为 7 2m, 高 5 g m。泊 .. . 层
均为 3 6m. . 6层 框架 结构 有 限元 模 型 如 图 1 示 . 所 框 架 的 梁 柱 节 点 连 接 分 成 以下 3种 形 式 : 1 梁 () 柱 节 点 均 采 用 刚性 连 接 ( 图 1 所 示 ) ( ) 柱 如 a ;2 梁 节 点 均 采 用 半 刚性 连 接 , 点 平 面 内转 动 刚 度 为 节 2 N ・r/ a (H 1 0k n rd  ̄ 图 b所 示 ) ( ) ;3 该框 架 的 中间跨 的梁 柱节 点接 连均 采 用 半 刚性 连 接 , 点 平 面 内转 节
方 向 的平动 自由度 , 以及绕 着 Z轴 旋转 的转 角 自 由
度) .利用 该单 元 可 以模 拟 各种 平 面框架 、 多跨 连 续 梁 等平 面 梁 系 结 构 . 于 梁 柱 半 刚性 节 点 均 采 用 对 C mbn4弹 簧单 元 , 单 元 有 径 向 和扭 转 的性 能 , o il 此
工程 中, 柱连 接节 点 的受 力 性 能 总是 介 于 这两 者 梁
之 间. 梁柱 不 仅 要 承 受 一 定 的弯 矩 , 且 在 弯 矩 作 而
收 稿 日期
: 20U 一 03一 l2
接 的 9 时 , 认 为是 刚接 ; 梁柱 轴 线 夹 角 达 到 O 可 当 理 想铰接 的 8 以上 时 , 认 为 是 铰 接 ; 于两 者 0 可 介 之 间则 为半 刚性 连接 l . _ 刚性 节 点 框架 在 静 荷载 作 1 ] 用 下 的抗 变形 能力 较 强 , 在 动 荷 载作 用 下 的受 力 但
Ta .2 En g n tc s o sa a m u a e a b do e e i c pe nd m xi m l t r l ds ae nso h e ti fa e n e I la iplcme t ft resel rm s u d r wid o d 1

作 用 的竖 向均 布 荷 载 均 为 3 . 6k m, 架 顶 层 2 5 N/ 框 节 点 自左 向右作 用 的集 中竖 向荷 载分别 为 1 0k 5 N、
s e lfa e c t e r m om p r tvey a r a he h e o i i t e r me u e hewi —oa fe t whie a a i l pp o c d t os frg d s e If a nd rt nd l d e f c 。 l t s l c me a fisa ll y r r bv ou l o e s p rort a h e o he rg d u e he dip a e ntlws o t l a e s we e o i sy m r u e i h n t os f t i i nd r t a t ua x ia i n, wih t m p iud sl n e we n t i d a hes m irg d a d b — he e r hq kee ct to t hea lt e yi g b t e hergi nd t e — i i n a s c ly p e e tn he c v r nc o ii n. ia l r s n i g t on e ge e c nd to Ke r s: s e lfa e; rgi s mirgi y wo d t e r m i d; e — i d; mi d no r m e xe de f a
S ONG a g 叫 2 X Ju — Gu n 一 7。 A n wu
(Sc hoo f M e ha c d Ar hie t a gi e i lo c ni san c t c ur lEn ne r ng, Chi na Uni e st v r iy o i ng a c f M ni nd Te hno og Xu ho Ji g u 2 0 8, l y, z u, an s 21 0 Chi na) Ab t a t Ba e n s e lfa e ANSYS m o l t i pe a re utc mpa i na y e n t sr c : s d o t e r m de , h s pa r c r id o o tvea l s s o he
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