半刚性连接钢框架受力性能的研究

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1、摘要随着国民经济的发展及国家对发展钢结构的政策导向，高层铜结构建筑在我国将会日益增多，而在多高层建筑中采用钢结构框架体系是非常普遍的。梁柱连接的节点是钢框架中重要的组成部分，选择节点是高层钢结构节点设计中的关键，其性能直接影响着框架的极限承载力、结构的强度、刚度和稳定等性能。在钢框架的传统分析和设计中，将框架的梁柱连接假设成为理想的铰接或完全的刚接。虽然，这样简化了钢框架的分析和设计过程，但采用理想的连接模型在很多情况下是不合理的，也不能反映结构工作的实际情况，计算结果误差较大，这是因为在实际工程中的连接是半刚性的。因此，为了合理正

2、确地预测钢框架的实际受力性能，应在钢框架的分析和设计中考虑半剐性连接的影响。本文主要针对带双腹板角钢的顶底角钢连接和外伸端板螺栓连接进行了模拟，从结构的整体出发既综合考虑节点半刚性、材料非线性与二阶效应等多种因素影响，对半刚性连接钢框架进行分析研究，而不是采用逐个杆件计算的方法，能正确地反映钢框架体系的实际工作能力。在推导塑性铰形成以前考虑塑性影响的梁柱单元刚度矩阵时，单元两端用两个零长度的弹簧来模拟塑性的发展，弹簧一端与截面相连，另一端与结点相连。在进行半刚性钢框架有限元的研究过程中，利用vc++语言编制了有限元分析程序，根据本文

3、的实际情况选择了用改进牛顿一拉夫逊荷载控制法求解非线性有限元方程组。数值算例验证了程序的有效性和正确性。本文得到一些工程上的有用结论如下：连接的半刚性对框架肉力与变形的影响是不容忽视的，实际设计上应根据连接的具体形式采用合理的M-0关系式，在截面大小由端弯矩控制的情况下，采用半刚性连接不仅在节点上可节省材料，而且梁的截面尺寸也可以减少，降低用钢量。采用允许部分截面进入局部塑性状态的设计方法，相比弹性设计结构的承载力大为提高。《钢结构设计规范》(GB50017．2003)中假想水平力公式H。与框架类型(刚接、半刚接及铰接)无关，不能准

4、确反映二阶效应的影响，应当加以修正。最后，对半刚性钢框架的研究工作提出了展望。综上表明本文研究的半剐性连接钢框架的受力性能具有重要的学术意义和应用价值。关键词：半刚性连接；舻口关系；钢框架；牛顿一拉夫逊荷载控制法；有限元ABSTRACTWiththedevelopmentofnationaleconomicsandsomefavorablepoliciestodevelopsteelstructuresinmycountry,moreandmorehi【gh-floorsteelstructuresarebuilt，andframe

5、worksystemofsteelstructureisveryuniversalinhigh—floorbuildings．Beam-to—columnconnectionsareSOimportantpartsinsteelflamesthathowtochoosejointsisalsopivotalwhenjointsaredesignedinhigh-floorsteelstructures．Andit'sperformanceaffectdirectlyflameultimateload-carryingcapacity

6、,thestrengthandtherigidaswellasthestabilityofstructureandSOon．Inthetraditionaldesignandanalysisonsteelframes，thebehaviorofbeam‘to-columnconnectionsisassumedaseitherpinnedorrigidjointsentirely．AlthougIltheseidealizedassumptionssimplifytheanalysisanddesignofsteelflamecon

7、sumedly,theycouldinduceunreasonableresultsinmanycasesandtheyalsocouldnotreflecttheactualworkconditionsofthestructure，andtheerrorsoftheresultsarebigbecausethejointsinpracticeengineeringaresemi-rigid．Inordertoforecastactualload—carryingperformanceofsteelflamereasonablyan

8、dmoreaccurately,itshouldtakeaccountoftheeffectofsemi—rigidconnectionsintheanalysisanddesignofsteelflame．Inthispaper,i