半刚性连接节点性能对门式刚架平面内稳定承载力影响研究

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1、第七屑仝国现代结构工程学术研讨会半刚性连接节点性能对门式刚架平面内稳定承载力影响研究陈正娟戴国欣(重庆丈学土木工程学院。重庆，400以5)摘要。在查阅了大量国内外关于门式刚架资科的基础上，对门式刚架按规程设计的柱脚、粱柱节点实际存在的转动能力进行研究。采用考虑=阶作线性的有限元方法对门式刚架的碴体稳定计算编制了程序，在程序中引入柱脚节点半刚性模型。用计算机对大量单跨门式刚架模型在有代袁性的1寄载形式作用下进行了建模计算，研究了结构体系、柱脚节点半刚性对门式刚架平面内稳定承载力的影响。关键词t门式刚架，有限元分析，半钢性连接，楔形柱

2、一、引言门式刚架轻型钢结构是一种有效利用材料的结构形式，门式刚架轻型钢结构多采用各种轻质材料；结合其结构受力特点一般采用变截面形式，以适应结构中的内力分布，让材料尽町能的充分发挥作用。门式刚架构件形式简单，可批量生产，工地采用高强度螺栓连接，简便迅速，施工周期短；由于其具有诸多优点，近年来在国内得到了广泛的推广应用。本文根据门式刚架轻钢结构自身的特点，将钢结构节点连接的半刚性理论引入轻钢门式刚架结构体系中，选取了一系列较为典型的门式刚架结构进行计算并与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》

3、相应的建议。二、轻型门式刚架梁柱节点半刚性研究在门式刚架钢结构的粱柱节点连接中，常常采用螺栓端板连接。它是在构件端部截面上焊接一平板(端板)，并用高强度螺栓与另～构件的端扳或翼缘相连的一种连接形式。螺栓端扳连接高效方便，它比通常的腹板——翼缘连接节省材料和紧固件，同时避免现场焊接，目前已成为广泛应用的抗弯连接形式。其通常有三种连接形式(见图2．1)：端板呸放、端板横放、端板斜放。＼。(a)端板竖放(b)端板横放(c)端扳斜放图21门式刚架钢结构梁柱端板连接形式我国现行规范对连接节点的堤计主要参考了相关国外设计规范的内容，缺乏系统的

4、理论和试验：对半刚性节点设计尚无相关计算方法。在门式刚架结构中，梁柱端板连接作为刚接节点进行设计和计算，要求工业建筑2007增刊一第七届全国现代结构工程学术研讨会节点有足够的刚度，但是实际构造可能达不到刚性连接的要求⋯。如果节点的实际刚度达不到刚接节点的要求，会导致过高估计了由粱端传到柱的负弯距而低估梁的跨中正弯距，这会使结构产生过大的挠度和变形。t粱柱节点各部分对抗弯性能的影响是多方面的，条件不同，各部分的影响深度也会发生变化。大量的研究表明影响抗弯性能的因素一般情况下主要有：端板厚度、螺栓、粱端板问焊缝、梁翼缘、柱腹板、翼缘等

5、因隶。当节点承受较大荷载时，可能会出现三种形式的破坏：螺栓破坏、端板破坏、柱翼缘破坏。根据破坏模式可以推导出相应的内力及弯矩，进而推导出相应的弯矩——转角关系。(一)平齐式端板连接的弯矩—转角关系梁柱节点为平齐式端板连接中，梁端的端板与柱翼缘用高强螺栓连接时的约束关系为：●一_一一口=5．659×10。5(cM广”．(2．1)其中c=地3×，o-10刃2”^““譬”矿038d“堋g，519F21≮1。539。如=；争鲁。文献[4]给出这种连接的约束关系为：．．p=1．62×lo_5(k腑)+7．2l×10一11(tM)3+3．47

6、×(tM)5(2．2)其中女=1．383×lo一7^_2494学5；式中：0，o，0分别为粱翼缘、梁腹板和柱翼缘的厚度；％，fP为端板的宽度和厚度；A为螺栓截面积；d为螺栓直径；只为靠近翼缘的螺栓审心至翼缘外边的距离：ak，正分别为螺栓和端板的屈服强度。4公式中目的单位为rad，肘的单位为Ⅳ·m·长度的单位为m．强度的单位为只。(二)外伸式端板连接的弯矩—转角关系。文献[5]给出了外伸式端板连接的约束关系：’誓=肘，{-一ex-[二半日])+t，p‘cz．。，M，——节点的名义塑性弯距；t。——节点的初始刚度；t，——节点的变形强

7、化刚度；c——≈，与t，(或Mp)之间转换控制常数，粱柱节点有加劲肋时c=3．5：无加劲肋时，c=1．5文献[6]也给出了梁端外伸式端板与柱采用高强螺栓连接时的约束关系：M：—JI。．(2．4)『1+(鹏)2]-·kj——节点的初始刚度；肘——节点的约束弯距；岛=M。／屯，M。为极限抗弯承载能力；口——梁柱间的相对转角；，l——为考虑M一口关系的曲率参数，1上述文献给出了肘，t膨。，I，七，的详细确定方法t本文中不再叙述。三、轻型门式刚架柱脚节点半刚性研究根据《规程》‘1】的规定，门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种，其中铰接柱脚一般被

8、称为简易柱脚，用2枚或4枚锚栓将柱底板与基础相连，长期以来这两种柱脚形式被认为承受弯矩的能力很小，应视为铰接，工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会，这种观点认为：在弯矩作用下．底板的一侧将和基础分开．因此柱脚承受弯矩的能力很弱。事实