半刚性连接的研究进展.pdf

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1、2Q!垒生簋!塑i望篁!!Q塑2江酉蔓堑鏖旦堑窒半刚性连接的研究进展●李昌荣一广州大学土木工程学院，广东广州510006摘要：在进行空间桁架建模时，在节点的处理上通常会采用理想化处理，即简化成铰接或者刚接，但这种简化方法与工程实际相比有一定差别，会导致计算结果的误差【“。因此，本文通过节点的弯矩一转角关系，采用半刚性节点来模拟桁架的连接方式，务求以一种最切合实际的方式模拟桁架模型。现时M一0，关系曲线的数学模型主要有以下几种：1．线性模型；2．多项式模型；3．B样条模型l2

2、。本文采用的是线性模型，

3、通过输入弯矩一转角的特征常数来模拟节点的转动刚度。务求用SAP2000得出不同节点模拟方式桁架的受力性能差别。关键词：SAP2000木桁架半刚性受力性能1模型的建立本模型为正放四角锥桁架结构，下部结构为钢筋混凝土框架结构，支承方式为四角铰接，四边的其他节点采用滑动支座∞j。网架的基本组成单元为正四角锥，网架上、下平面的尺寸分别为14ram×22m、12m×20m．网格尺寸为2m×2m。桁架的杆件截面选用管状截面，外径为38ram，壁厚为4mm，材料为Q235钢材，。静力荷载分析时最大应力为150．8

4、69N／ram2，小于Q235钢材的抗拉、抗压和抗弯强度f=215N／ram2。2计算参数材料特性：钢桁架结构中单元材料弹性模量E=206x103N／m2，泊松比¨=0．3，温度线膨胀系数a=1．17x10-。，重度1：78．5kN／m3。荷载参数：①恒载：网架结构、吊顶、屋面自重取1．45kN／m2。②屋面荷载：上弦恒载4．0kN／m2；上弦活载0．7kN／m2；下弦活载0．5kN／m2。汇总后恒载为5．45kN／m2，活载为1．2kN／m2。经计算，荷载效应的最不利组合由永久荷载控制，加载时将荷

5、载集中于上弦杆的节点上，根据中点、边点和角点的不同从属面积进行加载，桁架的自重则由程序自动计算。3不同节点形式的受力分析3．1常用的几种节点形式常用的几种节点形式有刚接、铰接和半刚性连接，它们的区别是转动刚度的不同。刚接相当于转动刚度为无穷大，在受力的情况下杆件之间的角度不会发生改变；铰接相当于转动刚度为零，在受力情况下杆件之间的角度的改变不会受到约束；半刚性连接的情况就介于这两者之间。在程序模拟中，桁架结构的杆件通常被视为二力杆件，一般说来，该类杆件都假定不考虑剪力和弯矩的作用，只考虑轴力的作用。

6、但在实际工程中，杆件是会受到弯矩的，这就需要用半刚性连接来模拟节点形式了。3．2几种节点形式的模拟方法在SAP2000中，杆件的连接默认是刚接，即在3个平动方向和3个转动方向都受到约束。通过释放两个方向的转动弯矩M1和M2可以模拟铰接的连接方式，而通过设定2轴和3轴的转动刚度(即弯矩一转角关系)，可以模拟半刚性连接，本模型参考钢结构的螺栓球节点连接特性模拟半刚性连接。本文将节点的转动刚度定为100kN·m／rad。3．3静力分析关于桁架所受轴力的规律：三种节点形式的桁架受到的轴力都有一个共通点，这个

7、共通点是：虽然模拟桁架的受力情况时把荷载简化成点荷载施加在上弦杆的节点上，但三种桁架的最大轴力都出现在编号为103的杆件上，该杆件为下弦杆，所受的最大轴力是拉力。其中，铰接时最大的轴力为62896N，刚接时最大轴力为61332N，半剐性连接时最大轴力为62087N。经计算，铰接与半刚性连接的最大轴力相差1．304％，而刚接与半刚性连接的最大轴力则相差一1．216％。关于桁架挠度的规律：三种节点形式的桁架的最大挠度都出现在编号为39的节点。该节点是一个下弦杆节点，位于桁架的中部。其中，铰接时最大挠度为

8、一14．1mm，刚接时最大挠度为一12．6mm，半刚性连接时最大挠度为一13．4mm。经计算，刚接与半刚性连接的最大挠度相差一5．971％，而铰接与半刚性连接的最大挠度则相差5．237％。3．4动力分析3．4．1反应谱分析振型分解反应谱法是根据地震反应谱曲线用静力方法进行结构分析的是一种拟动力分析法。经过数据的比较分析，进行反应谱分析，当输入的地震方向为x向+z向时，最大的节点位移是x方向的位移。对于位移最大的10个节点，刚性节点桁架的位移与半刚性节点桁架的位移大约相差一8．3％，而铰接节点桁架的位

9、移与半刚性节点桁架的位移大约相差6．0％。而对于轴力最大的lO根杆件，刚性节点桁架的杆件轴力与半刚性节点桁架的轴力大约相差1．4％，而铰接节点桁架的杆件轴力与半刚性节点桁架的轴力相差一1．O％。3．4．2动力时程分析本文还对桁架结构进行了动力时程分析。本文选取E1Centro波用作时程分析。地震输入方向为x向+z向。为了比较三种节点形式的桁架在时程分析中的响应，本文选取了下弦杆中部节点进行位移时程分析，该节点编号为39。根据程序得出的位移时程分析结果可知，当节点为半刚