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半刚性连接钢框架的稳定计算

叶学林  
【摘要】: 连接在钢框架结构中占有重要地位,连接不但涉及连接件本身,还与和它相连的柱、梁有关。习惯上,设计者将框架的梁柱节点处理成理想的刚接或铰接,并且认为:连接对转动约束达到理想刚接的90%以上,可视为刚接;在外力作用下,柱梁轴线夹角的改变量达到理想铰接的80%以上的连接视为铰接。但是,由于造价和施工的原因,实际结构的节点却很难达到上述的两种情况,大部分介于两个极端之间,即所谓的半刚性连接。 本文在传统的钢框架稳定分析中考虑半刚性的影响,并同时考虑了非线性的模型和弹塑性的影响。在考虑半刚性对第一类和第二类稳定的影响时,主要在第一类稳定分析中是求半刚性对结构整体失稳时屈曲荷载的影响,第二类稳定主要是求半刚性对结构极限荷载的影响. 对半刚性结点转动刚度的确定采用迭代法。在塑性分析中主要采用增量变刚度法,荷载是逐级施加的,以每形成一个塑性铰为分界点,把整个加载过程分成若干个阶段. 采用两套方法来判断结构是否破坏.一种是判断结构由于塑性铰的不断增多是否已成为几何可变机构,若成为可变机构,则认为已破坏.但仅有这一种判断方法还不准确,也不能反映半刚性对稳定的影响,因为在半刚性结点处形成塑性铰时其转角位移需发生很大变化,事实上这是不可能的,因为在结点处形成塑性铰之前,结构位移已经大大超过了规范允许值。若只采用此一种判断方法则刚性与半刚性连接时结构的极限荷载差别不大,无法体现半刚性对稳定的影响,故需要同时采用第二种方法来判断结构是否已破坏:位移.当结构位移向量中的任一位移分量超过一定限值时则认为此结构已破坏,采用这两种方法联合来反映结构是否破坏,可有效地体现出半刚性的影响. 对结构是否成为机构的判断即结构的几何组成分析.采用了全新的方法。该方法首先假设每个单元可以有自由的刚体位移量,体系的支座和结点也可以有相应的结点位移量,由单元几何约束矩阵集成整体几何约束矩阵后,通过求此整体几何约束矩阵的秩来进行结构的几何组成分析.此方法可判断复杂结构是静定还是超静定(包括多余约束的数量)的,还可判断其是常变还是瞬变。但本文只要求判断其是否已成为可变机构。算例的计算结果表明:半刚性对稳定的影响显著,包括第一、第二类稳定。


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