基于半刚性连接门式刚架的抗震性研究

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1、基于半刚性连接门式刚架的抗震性研究seismicbeha“oranalysis彻seIlli捌gjdjointsofgabled加mes陈剑波(南京交通职业技术学院，江苏南京211188)摘要：运用有限元分析软件ANsYs，对采用半刚性节点的门式刚架进行了有限元建模及受力分析．并对半刚性连接的抗震性能模拟分析，为进一步在抗震地区采用半刚性节点门式刚架提供了合理的理论基础。关键词：半刚性节点；门式刚架；抗震性能^bstract：Indli5P3Per，thesels嘶cbeh撕or孤a蛳isonseTnl一五gidjomBofgaMed丘alllesa

2、reconductedbydle丘ni七celement柚蛳虹sof}w越e，dleanalydcresultsca“proⅥdedesig“erhowtosclend丘cIyusesemld西djolnbof铲bkdf÷ames1nthe枷一sels删carea耐dlthetheorvevidenceKey帕rds：sellll—dgidjoim；g出led矗珊e；iels仙cbehavior中图分类号：u44333文献标识码：B文章编号：10038965(2012)01一0079一03近几年在工业厂房的建设中，门式刚架以其自重轻、强度高、抗震性能

3、好、施工速度快、节能环保型等优点得到众多设计师的青睐，在工程建设中应用广泛。传统的设计法中．梁柱节点往往采用的是刚接，但在经历了日本的阪神地震后，工程设计人员发现传统的刚性节点并没有达到预期的性能，多数节点在发生较低程度的塑性变形时就出现了脆性破坏，而此时结构仍处于弹性阶段，这使得工程师们开始将目光投向了半刚性节点。半刚性连接刚架的突出优点在于其在地震作用下具有稳定的滞回性能和良好的耗能性能，较刚性连接刚架具有更好的抗震性能，从根本上解决了刚性连接节点延性不宜保证，容易发生脆性断裂的缺陷。本文拟对一种采用半刚性节点的门式刚架进图1半刚性节点门式刚架的

4、ansys建模行有限元建模及受力分析，并进一步研究半刚性连接对门式刚架抗震性能的改善程度。1门式嘲架的ANSYS建模门式刚架整体模型计算假定：1)刚架梁柱离散化为3节点的非线性两单元Beam侣9，柱间圆钢支撑离散化为空间铰接2节点的杆元Linkl0，屋面檩条采用Beam44梁单元j2)屋面檩条与刚架梁柱连接采用铰接点，刚架梁柱采用半刚性连接，圆钢支撑与结构连接采用铰接点，柱脚采用刚节点．3)本模型所有构件假定为理想弹性材料，符合HOOKE定律，4)不考虑压型钢板的蒙皮效应。门式刚架的其他数据采用檐口高度9m，跨度24m，柱距6m，屋面活载0．6KN，

5、m2，屋面恒载025KN，m2，不计屋面檩条以及钢梁自重，基本风压O．35KN，m2，梁柱采用宽翼缘热轧H型钢，檩条采用C160×60×20x2．5冷弯薄壁型钢，地震设防烈度为7度。计算结构在荷载作用下的相应参数以及工况组合。2门式喇架的ANSYS静力分析1)求解设置的参数化APDL程序基金项目：江苏省大学生实践创新训练项目资助，项目编号：cxl022图2半剐性节点门式刚架的应力强度云图Solu(进入求解器一Lsclea『，a¨一Antype，0(静态分析)一Autots，1(自动时间步长)一Nsubst，25，100．1(设置载荷步)一Outres

6、，a怕l

7、(输出所有的结果)一Eqslv，pcg，(采用PCG算法)一Time，15(设置时间)。2】建立边界条件在柱底端采用刚接约束，约束柱脚的所有方向的自由度；3)模拟实际情况施加外荷载：4)求解。静力计算采用vonMises屈服准则i按理想弹塑性考虑；采用牛顿一拉斐逊法自动不断修正弹塑性刚度矩阵，追踪非线性变化过程。非线性有限元分析一般采用增量迭代法，以追踪结构整个变形历程。增量迭代法有：牛顿拉斐逊方法、虚加刚性弹簧法、位移控制法和弧长法等。本文采用的有限元分析程序ANSYS，将牛顿拉斐顿方法和线性搜索技术、应用预测、自适应下降等加速收敛技术有

8、机结合建立非线性平衡方程求解方法。收敛准则：检查迭代是否收敛的方法有：不平衡节点力判断、位移增量判断和增量理论判断三种。本文采用了位移增量为判断收敛的准则：铣sa其中，If△“。

9、

10、2一某级荷载作用下经i次迭代80后的总结点位移列阵的范数；忱

11、

12、2一同级荷载作用下，第K次迭代时附加位移增量的范数；口一收敛允许值，取O001。通过分析结果可见，与刚性连接相比，采用了半刚性节点的门式刚架的内力图发生了变化，主要体现在：梁柱端弯矩有减小的趋势，屋脊弯矩变大．梁轴力减小，柱端剪力增大，其余内力基本不变。产生该变化的主要原因是梁柱刚度小于传统的刚接设计，刚度变

13、小从而导致了刚架整体的内力重分布，即使得支座弯矩减小而跨中的弯矩增大。这表明，尽管半刚性连接带来了较好的抗震