半刚性连接钢框架的二阶弹塑性稳定分析.pdf

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1、第39卷第4期四川建筑科学研究2013年8月SichuanBuildingScience29半刚性连接钢框架的二阶弹塑性稳定分析苏金凌，李秀梅，秦荣(广西大学土木建筑工程学院，广西南宁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非线性力学性能，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，采用塑性铰模型，应用修正的Newton·Raphson迭代法，建立了平面钢框架二阶弹塑性稳定分析的

2、计算格式，最后通过典型算例分析了半刚性连接钢框架的稳定性能。关键词：半刚性连接；钢框架；塑性铰模型；二阶效应；稳定分析；临界力中图分类号：TU311文献标志码：A文章编号：1008—1933(2013)04—029—06Second—orderelastic—plasticstabilityanalysisofsteelsemi—rigidframeSUJingling，LIXiumei，QINRong(CoUegeofCivilandArchitectureEngineering，GuangxiUniversity，Nanning53

3、0004，China)Abstract：Themechanicalpropertiesofsemi-rigidconnectionweresimulatedbyrotationalspringandKish—Chenthree—parametermode1．Acommonsemi-rigidbeamclementmodelwithzero-lengthrotationalspringatbothendsofthebeamwasused．Basedonthebeam．columnmethod，consideredsecond—ordere

4、fectandsemi—rigidconnection，theelementstiffnessequationandmatrixwerederivedbydiferentialequationsandstabilityfunction．AccordingtOmodifiedNewton-Raphsoniterationmethod．thecalculationformatofsteelframessecond—orderelasticstabilityanalysisWasconstituted．Finally，throughthean

5、alysisofatypicalsteelframe，theimpactofsemi—rigidconnectionandsecond·orderefectonthestabilitywereshowed．Keywords：semi-rigidconnection；steelframe；hingedmodal；second—order；stabilityanalysis；loadcapacity力。0前言杆端约束是影响钢结构稳定主要因素，目前，钢钢结构具有重量轻、强度高、延性好、抗震性能结构施工中梁柱普遍采用螺栓连接或栓焊混合连优越等优

6、点，但构件通常比较细长，组成构件的板件接，连接节点表现出的力学性能既不是完全刚接也又比较纤薄，二阶效应(几何非线性)明显，容易发不是理想铰接，而是半刚性连接，它的转动特性介于生失稳破坏，失稳是钢结构破坏的主要形式，它往往完全刚接和理想铰接两者之间，既可以传递一定的会决定结构的承载能力¨J。大量的稳定分析表明，弯矩，又会在梁柱之间产生一定的相对转角J。梁通常采用的特征值稳定及几何非线性稳定计算，假柱半刚性连接的钢框架相对于刚接框架，杆端约束定失稳时材料仍处于弹性阶段，计算结果往往会过减弱，减小了结构的刚度，改变了内力在梁柱之间的高地估计了

7、结构的稳定承载能力。实际工程中，钢分配比例，降低了钢框架的稳定性。而在实际的钢框架在设计时都尽可能避免发生弹性失稳破坏，真结构稳定性分析及设计中，为了简化计算都将梁柱正的稳定性破坏往往发生在材料的塑性开展到一定节点简化为完全刚接或理想铰接，与实际不符j。程度、节点形成塑性转动约束变弱时，因而同时考虑目前的商用有限元软件考虑半刚性节点时，建模非几何非线性和材料非线性的影响，对钢框架进行二常困难，计算的成本及难度大，专业设计软件还无法阶弹塑性稳定分析才能真正揭示结构的稳定承载能考虑连接节点的半刚性。通过研究提供简单实用的计算理论及方法，这是

8、目前钢结构稳定分析及设计收稿日期：2011—12-01急需解决的问题J。作者简介：苏金凌(1971一)，女，广西南宁人，高级工程师，在读博士，主要从事高层结构分析及设计。研究表明，材料非线性、二阶效应及梁柱