半刚接平面钢框架柱计算长度系数

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1、半刚接钢框架柱计算长度系数想化为理想的铰接。使用理想铰接的假定，意味着梁与柱之间没有弯矩的传递。就转动而论，用铰连在一起的梁和柱将相互独立的转动。而在另一方面，使用全刚性的假定，则意味着相邻杆件之间不会产生相对转动，当框架变形时，梁柱之间夹是保持不变。虽然对连接性能的这种理想化简化了钢框架的分析和设计过程，但采用理想化的连接模型在很多情况下是不合理的，不能反映结构工作的实际情况，因为实际所用的大多数连接在荷载作用下，都会传递一些弯矩而同时又产生一定的变形。这样，理想铰接和全刚性节点的假定只能是真实结构中的极端情况【2】。大量的实验证明，实际钢框架梁柱连接性能总是介于理想的刚接和铰接之间。因此

2、提出了半刚性连接的概念(在美国AISC．LRFD规范中称为部分约束)。为了合理正确地预测钢框架的实际受力性能，应在钢框架的分析和设计中考虑半刚性连接的影响。半刚性连接钢框架在分析设计时，除了考虑连接的柔性之外，还要考虑框架的非线性特性，半刚性连接钢框架的非线性包括以下三种形式：(1)连接的非线性M一口关系；(2)杆件的几何非线性(P一万效应)和框架的几何非线性(尸一△效应)；(3、)框架杆件的材料非线性【2卜【”】。本文采用二阶弹性分析法，不考虑杆件的材料非线性。由于节点的柔性和半刚性连接钢框架的非线性特性，使得半刚性连接钢框架在地震荷载作用下具有稳定的滞回性能和良好的耗能性能，较刚性连接钢

3、框架具有更好的抗震性能：在荷载作用下，框架梁的内力出现重分配，梁端弯矩减小而跨中弯矩相对增大：同时半刚性连接同刚性连接相比，还具有良好的延性，较有利于抵抗地震荷载作用，显著的增加了钢框架的侧移。梁与柱的半刚性连接只具有有限的转动刚度，在承受弯矩的同时会产生相应的交角变化。在内力分析时，必须预先确定连接的弯矩．转角特性曲线，以便考虑连接变形的影响【3】。连接的性能与连接细部和受力条件有关，表现出非常复杂的非线性特性。1．2．2半刚性连接钢框架研究的发展概况梁和柱半刚性连接的钢框架是框架稳定计算的一个中间地带。虽然人们对半刚性连接认识的较早，如1960年美国出版的《高等钢结构设计》中己经有一章讲

4、述半刚性连接的分析和设计。然而，半刚性连接的框架一直未在设计中推广应用。美国AISC．LRFD．1999规范对半刚性框架也只给出原则性条文指示。由于半刚性连接的弯矩．转角关系呈非线性，且此M一只关系曲线随连接构造型式和零部件尺寸而异，使计算工作十分复杂。复杂性之一在于需要掌握具体连接的M一统真实曲线，必要时还需要为之做试验。复杂性之二在于需要对框架进行二阶分析，把M一伊的非线性关系结合进去【4卜【301。目前，国内外对半刚性连接钢框架的研究主要集中在两个方面：一是半刚性连硕上学位论文接计算方法的讨论，探讨一种既简单又准确的表达形式来反映这种连接节点的弯矩和相对转角之间的关系；二是以大量的实验

5、为依据来验证半刚性连接钢框架的静、动力性能【5】。第一方面的工作是半刚性连接研究的基础，从上世纪70年代以来，以陈惠发(w．FChen)为首的一批科研工作者在这方面做了大量卓有成效的工作，基本上弄清了半刚性连接的工作机理和性能特征，并且建立了一些半刚性连接M—只关系曲线的数据库，主要有：(1)Kishi和Chen数据库；(2)Goverdhan数据库；(3)Nethercot数据库【6。。目前国外对半刚性钢框架的分析与设计大都基于这些数据库。随后人们对工程中普遍应用的梁柱连接形式，如四角钢连接、双角钢连接、外伸端板连接等连接形式作了大量的实验，得出了多种弯矩一转角关系的连接模型，如被广泛应用

6、的FryeandMor“s(1975)模型，Richard．Abbott函数模型以及三参数幂函数模型等。这些研究主要集中在半刚性连接本身的性能上，目的是寻找一种既简单又准确的表达形式来反映连接弯矩．转角关系。对半刚性钢框架整体性能的研究，目前大都集中在对其静力性能的研究，Kishi等(1988)、Goverdhan和Zandonini(1989)、Nethercot等(1990)在这方面都做了大量的工作17】。尤其是1994年美国Northridg。地震以后，人们开始研究半刚性钢框架在地震荷载下的性能，现在基本上处于起步阶段。而我国在这两方面做的工作都比较少，还未进行系统、深入的理论和实验研

7、究。国外对半刚性连接框架几何和材料双重非线性理论分析方法的研究起步较早，美国AISC．LRFD规范及欧洲规范明确规定在设计中考虑半刚性连接的影响。1．3各国规范中对半刚性连接钢框架的规定早在1936年，英国规范就引入了以半刚性连接钢框架分析为基础的连接设计方法。而美国则从1946年起，AISC的钢结构规范就已经考虑到半刚性连接的构造问题。但在实践中，却很少采用这种设计方法，这是因为考虑连接柔性需要大量的计算工