半刚性连接钢结构的二阶非弹性时程分析

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1、第20卷第6期兰州工业学院学报Vo1．20No．62013年12月JournalofLanzhouInstituteofTechnologyDee．2013文章编号：1009—2269(2013)05—0035—04半刚性连接钢结构的二阶非弹性时程分析沈志进，王兆南(1．西宁特殊钢股份有限公司矿山资源开发管理部，青海西宁810005；2．兰州工业学院土木工程学院，甘肃兰州730050)摘要：钢结构框架节点分为铰接连接、半刚性连接、刚性连接．其中焊接节点按刚性连接计算，然而这种节点在地震作用下容易破坏而失效，失去承载力；半刚性连接多以高强度螺栓连接为主，在地震作用下表现出延性的特点，节点区域

2、有一定的耗能作用，在强震作用下，节点进入塑性，对结构有一定的消能保护作用．通过对半刚性节点的二阶非弹性分析，对比了刚性节点和半刚性节点的弯矩一转角关系，节点一位移关系，比较了地震作用下结构顶层处的的单元弯矩数值，认为半刚性节点在地震作用下的性能较刚性节点优越，对钢结构设计及计算提供了一定的参考依据．关键词：钢结构；二阶非弹性；半刚性中图分类号：TD391文献标志码：A破坏，在高震区不太适合，半刚性连接因为有较好O引言的耗能能力，能够延长结构自振周期，增加结构的钢结构普遍认为抗震性能较好，然而1994年阻尼，减小振幅，在地震区钢结构中比较适合．北岭地震(NorthridgeEarthquak

3、e)，1995年的阪神1工程概况地震(Hyogoken—NanbuEarthquake)造成大量的钢结构节点破坏，尤其是焊接的刚性节点，大部分遭本工程为二层钢框架，开间及进深均为7．2到了脆性破坏1J．从地震灾害分析中看出以承载in，层高4．2In．场地土类别为Ⅱ类，8度设防．钢框强度为中心的设计方法已经不再实用，延性的节点架梁柱截面均为H型钢，钢梁为H450×250×8×受到了广泛的关注．在“强柱弱梁，强节点若构件”12(ram)，钢柱为H350×350×10×16(mm)，材料的思想下，在节点处梁的一端做成塑性区，耗散地为Q235钢，钢材弹性模量为2．06X10MPa．钢框震的能量，充

4、分利用了钢材的塑形变形性能，能够架结构如图1所示，梁柱节点构造如图2所示．有效地降低梁端极限弯矩．半刚性节点一般用高强度螺栓连接，这种连接方式在强震作用下会有一定的转动，转动微小，而在离梁端头一段距离处构件会形成塑性铰区．钢结构的节点连接一般分为铰接连接、刚性连接、半刚性连接J，其中在结构中一般常用的是刚性连接和半刚性连接．焊接节点的刚性连接钢结构的震害表明，这种节点的延性较差，容易发生脆断图1钢框架结构示意图收稿日期：2013-08-27作者简介：沈志进(1978-)，男，甘肃白银人，助理工程师36·兰州工业学院学报第20卷·025图3基于非线性的钢结构节点分类示意图图2梁柱节点构造示意

5、图混合单元的子单元，在结构分析中单独用弹簧子单2半刚性连接节点的二阶非弹性时元模拟梁柱节点半刚性连接．半刚性链接单元的长程分析度可以为零，也可为有限长度．并对梁柱单元刚度进行修正，以建立半刚性连接单元非线性分析矩2．1钢结构节点分类的方法阵，该法还可以用于半刚性连接钢结构的二阶非弹节点的特性一般采用弯矩一转角的关系来表性和弹塑性大位移分析．达．节点分类的依据主要是从弯矩一转角曲线中得本文采用的是连接单元法，采用带有零长度转到节点的强度，刚度和转动能力，通常节点可以动弹簧的两节点梁柱单元来模拟半刚性连接钢框根据弯矩转角关系分为刚性节点，铰接节点和半刚架的空间特性，每个节点的三个独立的转动自由

6、性节点．度，其每个方向连接单元的性能由转动弹簧来反1990年Bjorhovde以节点连接的初始刚度和映，使用的是具有每个节点三个自由度的零长度的极限弯矩为考虑对象，提出了一种简单的节点连接连接单元，如图4所示．在这种带有转动弹簧的两分类方法，但是这种分类方法与节点的实际性能相节点梁柱单元中忽略梁柱单元的轴向变形影差较大，1997年Nethercot提出了一种新的分类方响l．法，这种方法考虑了节点连接的强度，刚度，延性和钢框架的整体作用，比较全面的解决了节点的分类．但是存在三个缺陷：利用梁的刚度表示节点的刚度；节点的弯矩一转角关系图中采用线性折线划分不同的的节点区域：节点的切线刚度成梯状分布

7、．fRvafiqHasan等人克服了线性分类方法的缺1陷，提出了非线性的分类方法，其分类方程为=．(1)‘2该法考虑了节点的非线性特性，划分比较合图4有转动弹簧的钢结构三维梁柱单兀理，分类方法如图3所示．半刚性连接轻型钢结构的空间三维梁柱单元依据该分类方法我们可将本文中钢结构算例的二阶非弹性分析的矩阵表达式如式(2)所示．梁柱节点分为半刚性节点，其钢节点如图2所示．[c][“}={F}一[C]}F}．(2)2．2半刚性连