外套管式梁柱节点初始刚度的理论计算模型.pdf

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1、第26卷第3期华中科技大学学报(城市科学版)V01．26No．32009年9月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2009外套管式梁柱节点初始刚度的理论计算模型李黎明，陈以一1，李-7，蔡玉春(1．同济大学土木工程学院，上海21X1092；2．北京市建筑设计研究院7S1工作室，北京11X1045；3．北京赛博思工业化住宅集成系统工程有限公司，北京100037)摘要：针对新型外套管式梁柱连接节点，考虑节点域外套钢板的构造形式，将节点分解为若干组件，求得各组件初始刚度；然后将各组件初始刚度进行组装，得到外套管式节点初始刚度。通过与相关试验结果和有限

2、元分析结果的对比研究，表明外套管式节点初始刚度的计算方法具有足够精确性，可用于节点刚性的判断和参数研究。利用EC3规范对多高层钢结构中常用的外套管式节点进行定量判定，得出其为半刚性节点的结论。关键词：外套管式节点；初始刚度；半刚性节点；理论模型中图分类号：TU973．257文献标识码：A文章编号：1672-7037(2009)03-0029-04目前，方钢管柱与H型钢梁普遍采用焊接或不以定值出现。通过对节点的初始弹性变形值△i栓焊节点连接，施工速度慢且施工质量难以保证。的计算，可以较精确地计算出节点的初始刚度值为促进钢结构住宅产业化进程，提出了外套管式方具体计算如下：钢管柱一

3、H型钢梁连接节点(图1，外套管为四块钢0i=Ai／(hb+t)(1)板围焊、柱壁塞焊连接，梁柱采用高强度螺栓摩擦Rki=aMi／O0i(2)型连接，节点区域无内隔板)，并进行了该种节点的式中，0；为节点在弯矩作用下的转角；Mi为连接的拟静力试验。试验结果和国内外相关研究成果均初始弯矩；为梁的截面高度；t为T型钢腹板厚表明J，T型钢连接梁柱节点弯矩．转角关系与节度。点刚度有关，节点刚度越大，节点在承受相同弯矩在确定普通T型钢连接的初始刚度时主要有时，所产生的转角就越小。连接节点的初始刚度对两种做法，欧洲规范EC3【9将T形件连接拆分为受节点性能的影响至关重要。拉螺栓和受集中力的

4、悬臂板，通过确定这两者的刚度来组装T形件连接的刚度；另一种做法是将T型钢翼缘看作多跨连续梁，螺栓简化为弹性支座，翼缘边缘设铰支座，利用经典梁理论得出连接刚度。本文以外套管式节点为研究对象，借鉴EC3，通过理论分析得到该种连接的初始刚度计算表达式，并与试验和有限元结果对比分析。1．1节点上下翼缘的总初始水平位移差根据小变形叠加基本原理，可将节点在弯矩作用下的初始水平位移差看成是以下几种小位移的叠加，如图2所示。其变形计算公式为：图1外套管式节点△i：△b1+△cf+△Ⅱ+△fW+△。(3)式中，△。为受拉区高强螺栓的受拉变形值；△为由节点初始刚度计算模型柱翼缘变形所引起的节点水

5、平位移；厶为由T型钢翼缘变形所引起的水平位移；△为由T型钢腹连接节点在承受和传递荷载时，由于材料非线板拉压所引起的水平位移差；△。。为柱壁受剪切引性和节点转动所引起的几何非线性，节点刚度一般起的水平变形。收稿日期：2009-03-03作者简介：李黎明(1981-)，男，河南焦作人，博士后，研究方向为钢结构，组合结构与空间结构，dawn0391@163．eom。基金项目：国际钢铁协会livingsteel项目资助。·3O·华中科技大学学报(城市科学版)2009定式中，c为刚度，Bc=Eh／[12(1一)]；为外套板厚度与柱壁厚度之和；为泊松比；Z们为双向板短边，Z0l=min(

6、D，H+2)；为双向板长边，=max(D，H+2X)；p为等效均布荷载，P=F,／(z。)；=(2l，+)I1／2；Y=(D—W)／2为柱壁变形系数，取值见表1。表1柱壁变形系数f0l／1啦0．50o．550．600．650．700．75图2节点受力模型及初始水平位移组成!Q：：)!：三：墨：Z!：鱼Z：!鱼：1．2受拉区高强螺栓的受拉变形值△Mf010．800．850．900．951．00忽略高强螺栓所受剪力的影响，可求得受拉区×10)6．035．474．964．494．06高强螺栓的受拉变形值为：1．4T型钢翼缘板引起的变形F．△t(4)在初始阶段，T型钢翼缘受拉一区域外

7、一伸边缘的撬力非常小¨引，说明T型钢翼缘与柱翼缘可以同式中，m为受拉高强螺栓个数，A为高强螺栓的横步转动，螺栓处翼缘可以近似简化成铰接，而梁翼截面面积，fht为螺杆长度(等于T型钢翼缘厚度、节缘处可以看成定向支座(图5)，考虑到加劲肋的作点区柱壁总厚度之和)。用，可按图中1-1截面计算。则由T型钢翼缘的水1．3柱翼缘变形所引起的水平位移差厶d平位移为：柱翼缘假设成在螺栓作用点受到／4拉力的．e四面简支板(进一步简化为均布荷载，如图3和图△(6)4所示)，可以求出由柱翼缘变形所引起的节点上下翼缘的水平位移