半刚性连接钢框架的二阶弹性稳定分析

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1、第27卷第11期建筑科学Vo1．27．NO．112011年11月BUILDINGSCIENCENOV．2O11[文章编号]1002—8528(2011)¨一0015．05半冈IJ性连接钢框架的二阶弹性稳定分析苏金凌，李秀梅，秦荣(广西大学土木建筑工程学院。南宁530004)[摘要]应用转动弹簧及Kish—Chen三参数模型来模拟梁柱的半刚性连接的力学性能，采用梁两端附带零长度转动弹簧的通用半刚性连接梁单元模型，根据梁柱法通过平衡微分方程及稳定函数推导了考虑二阶效应、节点半刚性影响的梁单元刚度方程及单元刚度矩阵，应用修正的Newton—Raphson迭代法，建立了平面钢框架二阶弹性稳定分析的计

2、算格式，最后通过典型算例分析了梁柱连接节点的半刚性及二阶效应对钢框架稳定性能的影响。[关键词]钢框架；半刚性连接；二阶效应；稳定分析；承载力[中图分类号]TU391；TU311．2[文献标识码]ASecond．OrderElasticStabilityAnalysisofSteelSemi．．RigidFrameSUJin-lingLIXiu-mei，QlNRong(CollegeofCivilandArchitectureEngineering，GuangxiUniversity，Nanning530004，China)[Abstract]Themechanicalpropertiesof

3、semi—rigidconnectionweresimulatedbyrotationalspringandKish—Chenthree—parametermode1．Acommonsemi—rigidbeamelementmodelwithzero-lengthrotationalspringatbothendsofthebeamwasused．Basedonthebeam·columnmethod，withsecond—ordereffectandsemi—rigidconnectionconsidered，theelementstiffnessequationandmatrixwere

4、derivedbydifferentialequationsandstabilityfunction．AccordingtothemodifiedNewton—Raphsoniterationmethod，thecalculationformatofsecond—orderelasticstabilityanalysisforthesteelframeswasconstituted．Finally，throughtheanalysisofatypicalsteelframe，theimpactofsemi—rigidconnectionandsecond·ordereffectonthest

5、abilitywasstudied．[Keywords]steelframe；semi-rigidconnection；second—ordereffect；stabilityanalysis；loadcapacity对于刚接框架，梁柱半刚性连接减弱了杆端约束，减1引言小了结构的刚度，改变了内力在梁柱之间的分配比钢框架结构具有重量轻、强度高、延性好、抗震例，降低了钢框架的稳定性。二阶效应及梁柱连接性能优越等优点，但构件通常比较细长，组成构件的节点的半刚性是影响钢框架结构稳定承载能力的主板件又比较纤薄，几何非线性(二阶效应)影响明要因素，不能忽略。显，容易发生失稳破坏，失稳是钢结构破坏的主要形

6、目前，钢结构施工中梁柱普遍采用螺栓连接或式，它决定结构承载能力，因此保证构件和结构的稳栓焊混合连接，其力学性能表现出明显的半刚性。定性，对钢结构设计尤为重要。影响钢结构稳定而在实际的钢结构稳定性分析及设计中，为了简化的因素有很多，其中杆端约束是影响钢框架整体稳计算都将梁柱节点简化为完全刚接或理想铰接，与定性的主要因素。由于钢结构中梁柱连接节点的构实际不符。《钢结构设计规范》中虽明确指出应造和施工特点，实际的梁柱节点既不是完全刚接也该考虑梁柱连接节点的半刚性，但缺乏具体操作的不是理想铰接，而是半刚性连接，它的转动特性介于依据而无法实施，目前的通用有限元软件考虑半刚完全刚接和理想铰接两者之间，既

7、可以传递一定的性节点时，建模非常困难，通过研究提供简单实用的弯矩，又会在梁柱之间产生一定的相对转角。相计算理论及方法，这是目前钢结构稳定分析及设计急需解决的问题。本文采用梁两端附带零长度转动弹簧的通用半[收稿日期]2011-05-21[基金项目]广西科学研究与技术开发计划项目(桂科攻0861001—刚性连接梁单元模型，通过平衡微分方程及稳定函12)；广西大学科研基金项目(20090031)数推导了考虑二阶效应