半刚性连接钢框架的受力性能研究

【摘要】：钢结构梁柱连接一直以来是钢结构设计过程的关键部分,影响着钢框架的整体性能。在设计中常把钢框架的连接节点当作刚度无穷大的刚性节点或刚度为零的铰接节点,这样的理想化假设虽简化了钢框架的分析和设计过程,但不能真实地反映结构的受力情况。在1994年的Northridge(美国北岭)地震和1995年的日本阪神地震中,大量的钢框架节点发生脆性破坏,于是人们开始对钢框架节点进行重点研究,提出了半刚性连接节点。它是介于刚接和铰接之间,既能承受弯矩,又具有相对转角,在钢框架分析和设计过程中逐渐地成为不可忽视的考虑因素。 本文系统地介绍了半刚性连接钢框架结构的判别标准、连接形式及数学模型,对不同的连接形式指明各自的特性,引入影响连接的M-θ_r曲线,根据M-θ_r曲线得出连接的初始刚度、相对转角,给出梁柱刚度矩阵。然后就半刚性连接其中一种形式(高强螺栓端板连接)进行概括分析,对端板连接进行了弹性、弹塑性和刚性分析,给出端板连接的初始刚度方程,并进行焊缝验算,高强螺栓受拉分析并采取相应构造措施,确定端板连接细部尺寸 针对以上因素,采用有限元分析软件ANSYS建立一个外伸端板连接的节点模型,考虑螺栓与端板、端板与柱翼缘间的接触及高强螺栓的预拉力,施加梁端竖向位移荷载,对该模型求解并进行结果分析,观察各部分应力分布。介绍半刚性连接钢框架结构的设计影响因素,在单元刚度矩阵中考虑节点柔性和几何非线性的影响,对固端弯矩进行修正,得出半刚性连接钢框架的简化计算方法,并用-个单跨三层平面框架(平齐端板连接)具体算例来阐述这种方法。 最后通过分析,得出结论并提出本课题尚待解决的问题,指出半刚性设计理论的完善和设计方法的应用将是今后研究的重点,它的应用能进一步保障结构安全,而且在经济方面会带来不可估量的积极影响。