有侧移半刚性连接钢框架柱的计算长度系数

利用三层柱的框架结构计算模型,引入梁柱线刚度比修正系数,采用螺旋弹簧模拟横梁对柱子的约束弯矩及节点连接的半刚性,考虑连接的非线性弯矩—转角关系,建立梁柱有侧移半刚性连接转角位移方程,推导了有侧移半刚性钢框架柱计算长度系数的公式,本文推导的半刚性连接柱的计算长度系数公式与《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中的刚性钢框架柱的计算长度系数形式相同。研究结果表明:有侧移半刚性连接钢框架柱的计算长度系数比刚性连接的钢框架柱的计算长度系数增大6%~14%左右,故在半刚性连接的钢框架柱的稳定和分析中,应考虑梁柱节点的半刚性连接对钢框架稳定性产生的影响。本文引入的梁柱线刚度比修正系数物理意义明确,计算方法简捷方便,便于工程推广。     

半刚接钢框架柱的稳定分析方法

根据钢框架稳定设计中柱子计算长度的概念,研究了钢框架中梁柱节点半刚性连接柱的计算长度系数取值问题,采用螺旋弹簧模拟梁柱节点连接的半刚性,考虑了梁柱间的相对转角关系,通过引入梁柱线刚度比修正系数的计算方法,推导了有侧移和无侧移半刚接钢框架柱计算长度系数的修正公式。研究结果表明:受节点半刚性影响,半刚接钢框架柱的计算长度系数比按刚接考虑的计算长度系数要大,约增大2%～6%;框架柱除底层外,其上下两端与横梁的连接基本是半刚接的形式,按横梁有侧移考虑,柱的计算长度系数比柱两端按刚性节点计算出的计算长度系数值增大了4%左右。由此可见,在钢框架的稳定分析和设计中,应考虑由于梁柱节点采用半刚接的连接形式,对框架柱的稳定性产生的不利影响。     

无侧移半刚性连接箱式模块化框架的稳定分析

基于《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）,利用三柱子框架模型推导了无侧移半刚性连接箱式模块化框架柱计算长度系数方程,给出了基于分析假定的柱计算长度系数理论解,提出了针对无侧移半刚性连接箱式模块化框架柱计算长度系数的实用计算公式;通过对比理论计算结果和有限元分析结果,验证了实用计算公式的精确性与适用性;研究了无侧移半刚性连接箱式模块化框架柱计算长度系数的各影响因素。结果表明:柱计算长度系数除了受到半刚性节点刚度变化的影响外,还受到上下相邻模块框架梁对框架柱约束系数比值的影响;当上下相邻模块框架梁对框架柱约束系数的比值均为1时,柱计算长度系数不随节点刚度变化而变化。     

半刚接钢框架稳定分析中柱的计算长度取值研究

根据钢框架稳定设计中柱子计算长度的概念 ,研究了钢框架中梁柱节点半刚接柱的计算长度系数取值问题 ,采用螺旋弹簧模拟梁柱节点连接的半刚性 ,考虑了梁柱间的相对转角关系 ,通过引入梁柱线刚度比修正系数的计算方法 ,推导了有侧移和无侧移半刚接钢框架柱计算长度系数的修正公式 .研究结果表明 :受节点半刚性影响 ,半刚接钢框架柱的计算长度系数比按刚接考虑的计算长度系数增大 ,增大范围约在 6 %～ 9%左右 ;框架柱除底层外 ,其上下两端与横梁的连接基本是半刚接的形式 ,按横梁有侧移考虑 ,柱的计算长度系数比柱两端按照刚性节点计算出的计算长度系数值增大了 9%左右 .由此可见在钢框架的稳定分析和设计中 ,应考虑梁柱节点采用半刚接的连接形式对框架柱的稳定性产生的不利影响     

考虑半刚性连接有侧移钢框架基本周期的计算方法

为分析半刚性连接对有侧移钢框架结构层间抗侧移刚度的影响,推导了考虑采用半刚性连接时,有侧移钢框架层间抗侧移刚度的计算式,利用推导出的计算式计算钢框架层间抗侧移刚度;并利用经验算式计算钢框架的各层水平位移及基本周期。将计算结果与传统的不考虑半刚性连接的柱抗侧移刚度修正系数法计算所得到的结果进行对比分析,可知考虑半刚性连接时,钢框架各层水平位移显著大于不考虑半刚性连接时的情况;采用所提出的方法得到的基本自振周期计算结果是不考虑半刚性连接的1.62倍;因此,对钢框架进行结构性能分析时,半刚性连接的影响应引起足够的重视。     

半刚接钢框架柱稳定承载力研究

通过引入线刚度修正系数来考虑连接的非线性,采用变刚度螺旋弹簧单元模拟半刚性节点的特性,给出了考虑连接节点刚度影响的无侧移、有侧移钢框架柱的计算长度系数公式,讨论了半刚性连接对框架稳定承载力的影响。研究结果表明:节点刚度对纯框架柱计算长度系数有显著的影响。在无侧移情况下,有限元分析结果与理论计算值吻合较好;在有侧移情况下,节点连接的有效刚度与作用在框架梁上的荷载大小及形式等有关,准确确定有效刚度比较复杂,理论计算与有限元分析结果相差较大,理论解偏于保守。     

半刚性钢框架结构分析与性能研究

推导了考虑连接柔性和几何非线性的局部坐标下的单元刚度矩阵,并对半刚性连接单元的固端力进行了修正;采用增量加载法中的修正Newton-Raphson法,给出了考虑连接柔性、框架的几何非线性和单元内力与连接之间耦合效应的半刚性钢框架结构分析计算机流程。采用Frye和Morris的奇次方多项式模型来模拟连接的M-θ曲线。最后根据算例对有侧移和无侧移半刚性钢框架的性能做了初步的探讨,结果表明:1)半刚性连接会明显加大有侧移钢框架的侧向位移和结构的二阶效应;2)半刚接对梁柱的轴力和剪力影响都不大,但对梁柱的弯矩影响则较大,半刚性连接会减小无侧移钢框架的柱脚弯矩而增大有侧移钢框架的柱脚弯矩,但无论是无侧移还是有侧移钢框架,半刚性连接都会增大梁的跨中弯矩;3)当连接转动刚度Rk在1.0×108~1.0×1011(N.mm/rad,以下同)之间时,连接呈现出较为明显的半刚性特性,而当Rk<1.0×108或Rk>1.0×1011时,连接的半刚性特性并不明显,可直接将其看作铰接或刚接以简化计算。     

有侧移失稳半刚接钢框架柱的计算长度系数研究

本文按照梁有侧移失稳形式,采用螺旋弹簧模拟节点的半刚性,考虑了节点半刚性及柱两侧节点刚度不同时的相互影响,引入了连接相对柔度u和梁柱相对转角的分配系数α,得到了横梁线刚度修正系数β的计算公式,进而得到了半刚接钢框架柱的计算长度系数公式。由于考虑了柱子两侧节点刚度不同时的相互支援,柱的计算长度系数有所减小。柱子两侧半刚性节点刚度差值愈大,计算长度系数减小幅度愈大。因此,建议在计算半刚性连接框架时,尤其当柱子两侧半刚性节点刚度差值较大时,应按照本文提出的公式进行计算,将获得更精确的解。     

半刚性框架的特点和简化设计概念

系统介绍了半刚性连接钢框架结构的特点,以及日常设计中,常用的两类半刚性框架,即非侧移半刚性框架和侧移半刚性框架的简化设计方法,指出半刚性设计理论的完善以及设计方法的应用将会对结构安全及经济性带来积极的影响。在钢框架的分析和设计中,应考虑节点半刚性的影响。     

基于有侧移半刚性连接框架理论的无支撑模板支架稳定承载力分析及试验研究

在考虑节点半刚性性质的基础上,利用有侧移三层柱的框架模型推导有侧移半刚性连接钢框架中柱的计算长度系数方程,并将这一方法引入无支撑扣件式模板支架稳定承载力计算中,将模板支架的整体稳定简化成立杆的稳定,进而得到无支撑扣件式模板支架的理论稳定承载力。利用ANSYS软件,考虑直角扣件的半刚性性质,建立了6组不同搭设情况下无支撑扣件式模板支架的有限元模型,对其稳定承载力及失稳情况进行分析。对照有限元模型的搭设情况,对模板支架进行试验研究,得到相应的稳定承载力,试验结果与有限元结果基本吻合。将理论计算结果与试验及有限元分析结果进行对比可知,在其他搭设参数相同的情况下,模板支架的整体稳定承载力随步距、立杆间距的减少而提高,而且理论计算结果更加偏于安全,进一步说明有侧移半刚性连接框架理论在无支撑扣件式模板支架稳定承载力计算中的可行性及适用性,并可以考虑将此理论应用到规范中,为今后对扣件式模板支架稳定承载力的进一步分析及研究提供理论参考。     

Seismic evaluation of reduced beam section frames considering connection flexibility

In the present article, the seismic performance of frames with reduced beam section (RBS) connections is evaluated. A key purpose of this study is the inclusion of connections flexibility in the seismic performance of RBS frames. Almost in every research projects carried out on seismic performance and design of RBS frames, the beam‐to‐column connection is typically assumed as fully rigid. The results of nonlinear finite element analysis performed on investigating the local performance of RBS connection reveal that they are within the American Institute of Steel Construction‐defined semirigid connections. Three building frames, including 4, 8 and 16 stories considering the semirigid connection as well as fully rigid connection, are considered. A numerical study of the overall seismic response of the building frames subjected to near as well as far field earthquake ground motions using nonlinear static and/or nonlinear dynamic analysis is presented. Results in terms of inter‐story drifts, total drifts, story shears and shear deformation in panel zone indicate that overlooking the flexibility of beam‐to‐column connections may lead to erroneous conclusions and unsafe seismic behavior that subsequently become significant in some cases. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

柔性连接钢框架稳定分析的计算长度

根据钢框架柱稳定设计的计算长度概念,以部分框架为计算单元,用变刚度的螺旋弹簧模拟梁柱节点连接的柔性,通过引入柔性连接刚度修正系数,建立了无侧移和有侧移柔性连接钢框架柱计算长度系数修正公式,其形式与我国钢结构设计规范(GB17—88)规定的计算长度稳定方程完全相同,可供工程设计人员使用.     

门式刚架三阶柱计算长度系数的计算方法

基于梁柱线刚度比和半刚性节点对三阶柱计算长度的影响,通过对一榀三阶柱门式刚架的屈曲分析,得出了三阶柱计算长度系数.目前,多数厂房计算模型被简化为梁柱刚接有侧移模型,忽略梁对柱的约束及半刚性节点对柱计算长度的影响.这种简化与梁柱实际受力情况出入较大,故采用理论公式与有限元计算相结合的方法,考虑梁柱线刚度比和半刚性节点对柱...     

Dynamic analysis and response of semirigid frames

The dynamic response of semirigid frames is studied using a computer model. The flexibilities of the connections are modelled by rotational springs with bilinear moment-rotation relationships. Geometrical nonlinearities in the form of member (P-δ) and frame (P-Δ) instabilities are incorporated in the model through the use of stability functions in the formulation of the frame stiffness matrix. Material nonlinearity in the form of column inelasticity is accounted for by the use of the tangent modulus concept in the formulation of the column stiffness relationship. Response characteristics of semirigid frames under free vibration, forced vibration and earthquake excitation are studied. Response spectra are generated for frames subjected to forced vibrations and earthquake excitations. The presence of connection flexibility and P-delta effects tends to reduce frame stiffness, and hence increase the frames' natural periods of vibration. Semirigidity and P-delta effects also affect the magnitude of base shear and the amount of energy dissipation of semirigid frames. The extent of these effects is frequency dependent. Based on the results of this study, implications for semirigid frame design will be discussed.     

钢结构半刚性端板连接的设计方法与应用

针对我国多层钢框架结构中已开始采用半刚性节点而规范尚无相关规定的现状 ,介绍了半刚性连接的特性和国外常用半刚性端板连接的设计方法 ,分析总结了目前半刚性连接的研究和应用中存在的问题     

多层钢框架半刚性端板连接的循环荷载试验研究

为研究多层钢框架半刚性梁柱端板连接的抗震性能,对8个不同构造端板连接足尺试件进行了循环荷载试验研究, 分析了端板厚度、螺栓直径、端板外伸加劲肋、柱腹板加劲肋、平齐式和外伸式等因素对节点承载力、转动刚度、极限转动 能力、耗能能力、延性和极限破坏状态的影响。试验结果表明,半刚性梁柱端板连接具有良好的延性和耗能能力,可以应用 于多层抗震钢框架中。根据试验结果及相关分析,提出了多层抗震钢框架中端板连接的标准构造为:两端外伸,设置柱腹 板加劲肋和三角形端板加劲肋,柱翼缘在端板外伸边缘上下各100mm范围内局部加厚,厚度与端板厚度相同。对提高端 板连接节点的抗震性能提出了宜采用大直径螺栓、中等厚度端板的设计建议。本文还在"强节点,弱构件"抗震设计一般原 则的基础上提出了"强连接,弱板件"的端板连接抗震设计概念。     

上下翼缘角钢半刚性连接的极限抗弯承载力研究

半刚性连接是目前多高层钢结构建筑中常用的一种梁柱连接形式。综合考虑影响节点性能的各个因素 ,对上下翼缘角钢半刚性连接节点的极限抗弯承载力进行了理论分析。通过计算比较 ,得出上下翼缘角钢半刚性连接节点受力的最薄弱环节 ,此最薄弱连接构件的破坏将导致节点丧失抗弯能力。通过计算最薄弱环节的极限承载力 ,可以得出上下翼缘角钢半刚性连接节点的极限抗弯承载力。计算结果与试验结果相比较 ,误差在允许范围内 ,从而验证了分析的可靠性 ,可为半刚性连接节点的设计提供参考。     

半刚性连接节点对有侧移钢框架稳定承载力的影响

随着对梁柱节点性能研究的深入,发现连接性能对结构性能有着很大的影响,同时在进行结构柱构件稳定计算时必须考虑柱端约束条件,因此需要将柱端连接性能的影响反映到约束条件中去.现有规范并未就如何考虑连接半刚性性能对柱构件计算长度的影响作出可供直接采用的计算方法.结合规范的制订依据提出了考虑连接性能对柱计算长度影响的计算方法;全盘考虑连接性能对层间整体稳定的影响.     

半刚性连接节点对有侧移钢框架稳定承载力的影响

随着对梁柱节点性能研究的深入,发现连接性能对结构性能有着很大的影响,同时在进行结构柱构件稳定计算时必须考虑柱端约束条件,因此需要将柱端连接性能的影响反映到约束条件中去。现有规范并未就如何考虑连接半刚性性能对柱构件计算长度的影响作出可供直接采用的计算方法。结合规范的制订依据提出了考虑连接性能对柱计算长度影响的计算方法;全盘考虑连接性能对层间整体稳定的影响。