半刚性梁柱节点性能探讨.pdf

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1、第1l期广东土木与建筑No．112008年11月GUANGDONGARCHITECTURECIVILENGINEERINGN0V2008半刚性梁柱节点性能探讨李国辉1张小良2(1、广东省建筑设计研究院广州510010；2、广东工业大学广州510075)摘要：在多、高层钢结构中梁柱节点是保证结构整体受力性能的重要部位，刚性连接受力性能好，但施工难度大；铰支连接构造简单，但刚度和耗能性能差，对结构抗震不利；半刚性连接兼有两者的优点，在钢框架中应用会取得较好的综合经济效益，文中对半刚性连接的梁柱节点性能进行研究，供设计人员参考。关键词：梁柱节点；半刚性连接；弯矩一转角

2、曲线；滞回模型在钢框架结构的分析和设计中．通常将梁柱连在理想铰接条件(轴)和完全刚性条件(轴)之接简化成理想铰接或完全刚接．前者意味着梁柱之间：②半刚性连接的关系在全部加载范围内一般呈非间不能互相传递弯矩．铰接的梁柱将彼此独立地发线性；③在同一个连接中，初始刚度()大于切线刚生转动：后者意味着框架变形时相邻的杆件之间没度()；④当弯矩相同时，连接的柔性越大则值有相对转动．即梁柱之间的初始夹角保持不变越大．柔性大的连接在相邻杆件之间的弯矩就较小虽然利用上述理想化的连接假定大大简化了分在半刚性连接中．连接的非线性特性取决于很多析和设计过程．但预计的框架结构反应可能是

3、不实构造因素，主要包括：①连接组合材料不连续．连接是际的．因为在荷载作用下某些连接总要传递部分弯由螺栓及型钢，如角钢、短T型钢等将梁柱组成．这矩并产生一定的转角变形．因此理想铰接和完全刚种形式使得不同加载阶段各组合件之间会产生相互接只是代表了实际结构中连接的极端条件为了确滑移和错动：②连接组合中一些组合件产生局部屈定框架的实际受力性能．在结构分析中考虑框架梁服，这是引起连接非线性特性的主要原因：③连接组柱连接半刚性的影响是必要的合中的螺栓孑L、螺栓、连接件(角钢、端板)以及构件之间的承压接触引起应力和应变集中：④连接附近1半刚性梁柱连接的特性处梁和柱的翼缘、腹板

4、的局部屈曲；⑤在外荷载作用下整体的几何变化梁柱连接主要起着在梁柱之间传递弯矩、剪力、连接的非线性决定了连接在不同加载过程中连轴力和扭矩的作用在平面问题的研究中．扭矩的影接刚度是非线性变化的．从而给连接的分析和计算响可以忽略，同时对于大多数梁柱连接，轴向变形、增加了很大的难度初始刚度R在连接分析中显剪切变形与转动变形相比都很小．因而从实用的目的得相当重要．随着加载的进行。切线刚度逐渐减小来看．只需考虑梁柱连接的转动变形。在梁柱连接中，弯矩一转角(肛)关系最能反映变形和承载力性能，2连接性能的模拟图1为常用半刚性梁柱连接的一关系曲线及其典型特性曲线2．1线性模型从图

5、1可见：①所有连接显示的特性均处这是较易获得且较简单的一种模型．一般是应用连接的初始刚度尺来表示整个加载过程中的连接刚度，由于半刚性连接中尺大于加载期问任何点的切线刚度．因此用该模型模拟的连接会过高地估计了连接的刚度．特别是在连接屈服阶段．切线刚度很小．会造成较大的误差为了改善该模型．研究人员提出了双线性模型．图1常用半刚性梁柱连接曲线及其典型特性曲线即用2条直线来模拟连接特性，分别以初始刚度尺142008年11月第l1期李国辉等：半刚性梁柱节点性能探讨NOV2008No．11来确定和利用达到一定弯矩时削弱后的切线刚度来化刚度；C为是控制曲线斜率的常数。、RR如

6、由模拟，从而更接近于试验的曲线。同济大学的解析法确定，C根据拟合曲线按经验确定。研究人员通过对近140个试验节点的数据分析．建立了强化双线性分析模型，如下式：3半刚性连接的滞回关系Rkit(40)(1)I在罕遇地震作用下．多高层钢结构会出现相当大式中：为连接的初始刚度；眠为连接的极限弯矩。的塑性变形．并呈现明显的滞回特性．导致地震的相此模型只需2个参数就可以模拟半刚性连接的应分析较困难．节点恢复力模型的研究从美国North特性，屈服后的硬化刚度用尺简单的线性关系来表ridge、日本Kboe地震后得到各国结构工程界的重视示，虽存在一定误差，但精度仍可满足工程应用要

7、求。半刚性梁柱连接的滞回关系是指在“加载一卸载2．2多项式模型一再加载”的反复过程中的约束关系。试验证明梁柱在该模型中．M一0关系用一个奇次方的多项半刚性连接卸载时的约束刚度与初始刚度相等f如式来表达．即：图2a)。约束弯矩与梁柱相对转角矽的滞回关系0r=C1(KM)+C2()+C3(KM)(2)如图2b，图中、饩、。、分别为连接的初始屈服式中：K为与连接类型及几何尺寸有关的标准化参弯矩、塑性弯矩、初始刚度和强化刚度。数；C～C为曲线拟合常数。图2c中采用三线性模型近似描述半刚性连接该模型较好地模拟了M一0关系．主要缺点是其约束关系的滞回关系，图中K为连接折线刚

8、度，可曲线在某一范围内存