浅谈半刚接钢框架的有限元整体分析及其影响

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1、兰州理工大学硕士学位论文半刚接钢框架的有限元整体分析及其影响姓名：冯东海申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：孙玉萍20070522摘要在钢框架的传统分析和设计中，是将框架的梁柱连接假定成完全刚接或理想铰接。虽然，上述对连接性能的理想化假设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不能正确地预测结构的实际受力性能。为了合理正确地预测钢框架的实际受力性能，现行的钢结构设计规范(GB50017—2003)中虽提到了半刚性连接的概念，但是对在设计中如何应用并无具体的说明，同时也没有关于平面钢框架二阶分析的相

2、关规定。半刚性连接不但对结构的内力及位移产生影响，而且对结构的稳定、动力特性也产生影响。目前的研究仅对这些闯题提出了一些建议，但在结构设计中如何合理的把半刚性连接对结构性能的影响考虑进去，这些建议不够全面。围绕这一问题，本文对半剐接钢框架结构的性能进行了以下三方面的探讨和研究。首先，简要地介绍了半刚性节点的研究现状、各国规范梁柱连接的设计计算内容和方法、梁柱连接的类型和半刚性连接的特性、半刚性连接的M一0r特征曲线的拟合方法，并探讨了各国规范中外伸端板梁柱连接的设计计算内容和方法。接着，对半刚接钢框架的计算方法和设计进行了详

3、细介绍。第二，在分析研究国内外现行框架结构非线性分析的理论计算方法及其杆件单元模式的基础上，从结构的整体出发既综合考虑连接的半刚性、材料非线性与几何非线性等多种因素影响，给出了半刚接钢框架分析时需用的三种单元类型：考虑几何非线性和材料塑性但不考虑半刚性连接特性的平面框架单元一梁柱类型单元；考虑梁端节点柔性和材料塑性的平面框架单元一半刚性连接梁类型单元；考虑底层柱脚连接柔性、几何非线性和材料塑性的底层柱单元一半刚性柱脚梁柱类型单元。利用最小势能原理，推导出了用于半刚性连接钢框架二阶分析的各种单元剐度矩阵，对半刚性连接钢框架进行

4、整体分析研究，而不是采用逐个杆件计算的方法，能较好地反映钢框架体系的实际工作能力。第三，采用有限单元法对一半刚接钢框架进行分析，研究了端板连接的刚度变化对半刚性连接钢框架内力、位移、稳定和周期的影响，并将计算结果与相应的刚性连接钢框架进行比较分析，得出一些结论并提出了相应的设计建议。最后，得出结论并对半刚性钢框架的研究工作提出了展望。关键词：半刚性连接；钢框架；连接柔性；柱脚柔性；几何非线性；材料非线性；有限元分析AbstractTheconventionalanalysisanddesignofsteelflamearep

5、erformedusingtheassumptionthatconnectionsareeitherfullyrigidorideallypinned．Theseidealizedassumptionssimplifytheanalysisanddesignofsteelframeconsumedly，buttheycouldnotreflecttheaetualworkconditionsofstructures．Inordertoestimateorpredictthebehaviorofsteelframecorrec

6、tly，intheCodefordesignofsteelstructures(GB50017-2003)，thesemi-rigidconnectionsarereferredto，butarenotspecifiedhowtouseitindesign．Atthesametime，therearenoprovisionsaboutsecond-orderanalysisofplanesteelframeswithsemi-rigidconnections．Semi-rigidconnectioneffectsnotonl

7、yinternalforceanddisplacementofstructure，butalsostabilityanddynamiccharacteristics．Accordingtotheseproblems，somesuggestionsareproposedinpresentstudy，buttheyarenotcomprehensivewhenitcomestohowtotakeconsiderationoftheeffectofsemi—rigidconnectiononstructureperformance

8、duringprocessofstructuraldesign．Aimedatthepoint，thecharacteristicsofsemi-rigidsteelframearediscussedandstudiedasfollowingthreeaspects：Firstly，the