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1、刘金宇等:半刚性连接对钢框架结构受力性能的影响67半刚性连接对钢框架结构受力性能的影响刘金宇,陈东兆(河南工业大学土木建筑学院,郑州450052)=摘要>阐述了半刚性连接的性质,对一榀门式刚架按梁柱节点为刚性与半刚性进行了模拟,验算了刚架的内力和刚度,对两种连接形式的计算结果进行了分析和比较,得出梁柱节点半刚性对刚架结构内力和刚度影响较大的结论。=关键词>半刚性;梁柱节点;计算模型=中图分类号>TU398=文献标识码>B=文章编号>1001-6864(2009)06-0067-03在钢结构设计中,梁柱连接是房屋结构节点设计中的关端板连接;¿延伸端板连接;À短
2、T型钢连接由上、下翼缘处键,其性能直接影响着结构的强度、刚度和稳定等性能。为的两个短T型钢,用螺栓与梁和柱相连。这类连接被认为是简化分析设计过程,梁柱连接被认为理想铰接连接和完全刚最刚劲的半刚性连接之一,当与双腹板角钢一起使用时,尤性连接。在理想铰接假定中,梁与柱之间没有弯矩传递,仅[2]为刚劲。各种连接形式的弯矩转角曲线见图1。传递剪力,梁和柱之间的转动是相互独立的。在理想刚性连3半刚性节点的几种计算模型接假定中,相邻梁柱之间不会产生相对转动,当框架变形时,描述半刚性节点连接弯矩转角关系最通用的方法,是通梁柱之间的夹角保持不变。这种假设简化了分析和设计过过
3、大量的半刚性节点实验得出M-H的数据,再拟合出对应程,但基于该假定的结构设计可能是不安全或偏于保守于某种连接构造的M-H关系的简单函数。常用的M-H模[1]的,这是因为在实际工程中,所谓的刚性连接具有一定的型有以下几种:柔度,而所谓的理想铰接也是具有一定刚度。因此,把转动311线性模型[2]刚度介于二者之间的连接,称为半刚性连接。刚接连接制作简单的线性模型有三种,单刚度线性模型是采用初始连和施工处理很复杂,而半刚性节点连接则相对简单,可以节接刚度来代表全部加载范围的连接特性,当弯矩超过连接使约材料和资金。因此,本文就半刚性连接对刚架的受力性能用极限后,这种模
4、型失效。双线性模型在某一转折弯矩处用的影响做出了分析。一条更平坦的线来代替弯矩-转角线的初斜率。折线模型是1国外与国内规范的相关规定用一组直线段来逼近非线性的M-H曲线。这些线性模型使111国外规范的相关规定用方便,但由于不够精确且转折点处刚度突变,故难于应用。欧美等国已经明确规定节点有半刚性连接这种类型。模型折线图见图2。欧洲规范EC3(1992)按框架有、无侧移将框架连接分为刚性、半刚性和柔性(铰)连接3类。美国钢结构学会(AISC,1986,1989)做出规定,容许应力设计(ASD)规范(AISC1989)列出三种类型的连接:¹类型1或刚性连接,假定梁
5、和柱的连接有足够的转动刚度,能保持相交构件之间原有的角度不变;º类型2或简支连接,假定结构承受重力荷载时,主梁和次梁只传递垂直剪力,不传递弯矩,可以自由转动;»类型3或半刚性连接,假定连接可以传递垂直剪力,也能够传递部分弯矩。112我国规范的相关规定我国钢结构设计规范(GB50017)第31217条规定了/梁柱半刚性连接是有限的转动刚度,在承受弯矩的同时会产生相应的转角,在内力分析时必须确定连接的弯矩转角特性,以便考虑变形的影响0,没有给出关系的具体数值,而需要试验确定。由此可以看出我国规范仅给出了定性规定,计算分析方法上没有给出明确的指示,鉴于半刚性连接已
6、经在我国工程中应用,所以对其研究具有重要的现实意义。2半刚性连接的几种连接形式半刚性连接的节点形式有:¹单腹板角钢连接。这类连接弯矩-转角刚度很小,柔性很大;º双腹板角钢连接;»矮端板连接;¼顶底角钢连接;½顶底腹板双角钢连接;¾齐平68低温建筑技术2009年第6期(总第132期)[2]312多项式模型是M-H关系用一个奇次方的多项式来表达。其形式为:135H=C1(KM)+C2(KM)+C3(KM)式中,K为取决于连接类型及几何尺寸的标准化参数;C1,C2和C3为曲线拟合常数。这个模型能很好地代表M-H特性。但由于多项式自身的性质,在某一范围内它会达到并通
7、过峰值点,用M-H曲线斜率来代表的连接刚度,就可能为负值,与实际不符。[2]三参数幂函数模型,其便于结构计算。端板连接的初始刚度313B样条模型[4]计算公式为:是将M-H实验数据分成许多小组,每一组跨越M的一2192EIPh0个小范围。然后用三次B样曲线拟和每组数据,同时保证交Rki=2#312.48tPe点处各组数据的一阶和二阶导数是连续的。这种模型能有效1+e2地回避负刚度问题,并能极好地表示非线性的M-H特性,式中,EIP为端板的抗弯刚度;tP为端板的厚度;e为梁但需大量数据,在实际应用中也是受限制的。翼缘两边的螺栓连接间距;h0为梁的腹板高度,h0
8、=h-[2]314指数函数模型2tf;tf为梁翼缘厚
