梁-柱及柱脚均为半刚接的钢框架计算分析

针对梁-柱及柱脚均为半刚性连接钢框架进行研究,采用了考虑连接的柔性以及构件的几何非线性影响的非线性分析方法来分析和设计半刚性钢框架,给出了该种钢框架非线性分析需用的3种单元类型：考虑几何非线性的平面框架单元-梁柱单元;考虑梁端节点柔性的平面框架单元-半刚性连接梁单元;考虑底层柱脚柔性和几何非线性的底层柱单元-半刚性柱脚梁柱单元。写出了每种单元的单元刚度矩阵以及叙述了利用经典矩阵位移法进行框架整体分析的程序。引进柱脚半刚性进行钢框架非线性分析,即考虑梁柱、柱脚连接半刚性和几何非线性的整体框架分析,必然会使钢框架受力与实际状态更相符,使结构设计更合理,使框架结构的优化设计更完善、更经济。     

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。     

半刚性钢框架的直接分析方法理论研究

介绍了一种针对半刚性连接钢框架的直接分析法,该方法可以同时考虑结构和构件的初始缺陷、几何非线性(包括P-Δ,P-δ效应)、材料非线性以及半刚性连接(支座)对结构受力性能的影响。建立了可同时考虑初始缺陷、半刚性连接以及塑性铰的弯曲稳定函数单元(CSF单元),推导了CSF单元的二阶单元刚度矩阵,并扩展为三维单元刚度矩阵。采用弹簧单元对半刚性连接和塑性铰单元的非线性行为进行了模拟,确定了塑性铰出现的判断准则以及弹簧刚度的取值,定义了结构破坏准则。利用NIDA程序对3组半刚性连接框架结构进行了直接分析,并与试验结果进行了对比。对比分析表明:利用NIDA程序得到的结果与试验结果吻合较好,验证了直接分析法对半刚性连接钢框架进行结构分析的有效性和可靠性。     

半刚接钢框架的有限元分析及性能探讨

本文对半刚接钢框架的有限元法做了分析,在单元刚度矩阵中考虑了节点柔性和几何非线性的影响,并对固端力做了修正。最后编制程序用增量迭代法对有侧向和竖向荷载作用的半刚接钢框架做了分析,初步探讨了半刚接钢框架的性能。     

半刚性连接钢框架抗震性能的分析

利用有限元分析软件ANSYS对带双腹板、顶底角钢半刚性连接的钢框架进行非线性有限元分析。在分析的过程中考虑了连接的非线性、几何非线性以及材料非线性等因素。并将计算结果与试验结果进行对比,探讨半刚性连接的柔性对钢框架的影响,为今后的半刚性连接钢框架的设计提供参考。     

节点刚度对外伸端板连接钢框架结构抗连续倒塌性能的影响研究

为研究节点刚度对外伸端板连接钢框架结构抗连续倒塌性能的影响,本文利用ANSYS14.0建立两个6层平面钢框架的有限元模型,梁柱节点分别为刚性节点和半刚性节点,半刚性节点利用非线性弹簧单元Combin 39单元进行模拟。考虑材料非线性及几何非线性,采用备用荷载路径法对其进行非线性静力分析(采用Pushdown analysis)及非线性动力分析。结果表明:柱破坏时,与刚性节点平面钢框架相比,半刚性节点平面钢框架的塑性铰出现较晚,失效点竖向位移增大,结构的竖向承载能力降低,更易发生倒塌破坏,因此,进行外伸端板连接钢框架结构的抗连续倒塌分析时应考虑节点刚度的影响,否则会高估其抗倒塌能力,带来偏不安全的结果。     

半刚性节点钢框架侧移限值的可靠性分析

工程中多层钢框架结构经常采用半刚性连接形式,将半刚性连接节点视为弹簧单元,用蒙特卡罗模拟法,对半刚性钢框架进行了基于侧移的可靠性研究。通过各算例探讨了节点刚度对多层钢框架可靠性的影响。     

胶合木框架梁柱半刚性连接计算

胶合木结构梁柱在受力时具有明显的半刚性特性,本文在经典力学假定条件下,根据半刚性连接理论给出了在任意荷载作用下胶合木结构半刚性连接框架梁柱单元杆端刚度矩阵和弯矩计算公式;通过sap2000采用上述弹簧单元对中加某胶合木框架结构进行了数值模拟。结果表明在柔性系数μ为0.41~0.82时各构件计算内力与原设计内力基本一致。建议在实际计算时,应考虑框架半刚性连接,并给出相应内力计算方法,为今后木结构设计计算考虑半刚性连接提供依据。     

节点刚度对多层钢框架静力性能的影响分析

由于缺乏计算理论和方法,大多数半刚性节点按刚性节点进行设计,与实际情况相差很大.介绍了实际工程中多层钢框架结构经常采用的半刚性连接形式;采用有限元分析的方法,将半刚性连接节点视为弹簧单元;通过通用有限元软件Ansys建立有限元模型进行计算分析,研究了节点刚度对多层钢框架结构变形和内力的影响.计算结果表明,采用了半刚性连接的钢框架结构,相对于理想刚接的情况,结构的内力和变形都有很大变化.在钢框架分析和设计中,应考虑半刚性节点的影响.     

半刚性连接钢框架非线性分析的修正塑性区法

提出一种半刚性连接钢框架非线性分析的修正塑属性区法。它考虑了轴力的Ｐ－Ｄｅｌｔａ效应、梁柱的半刚性连接、横截面的塑化和塑性区长度等几何和材料非线性因素的影响。该法既克服了塑性区法因单元划分过多而多占计算机内存和花费机时的缺陷，又了塑性铰法不能考虑横截面塑性区长度影响的不足。     

竖向荷载下半刚性连接组合框架的实用设计方法(Ⅱ)——梁与柱设计及算例

虽然在钢框架结构设计中考虑半刚性连接和楼板的组合效应会产生良好的结构经济性,但是在实际工程中仍很难应用,主要原因是缺乏合适简便的设计方法。本文在国内外研究的基础上,结合我国钢结构设计规范GB50017-2003,给出了竖向荷载下半刚性连接组合框架的实用设计建议方法。设计建议方法包括满足两个极限状态的节点、梁、柱设计,较好地解决了梁挠度和柱有效长度系数计算中节点连接刚度的合理选取、半刚性特征对梁挠度和柱计算长度的影响。该方法不仅反映了节点和框架的实际性能,而且简便实用,符合工程师对普通钢框架的设计习惯。本文为全文的第二部分,介绍梁与柱设计。并通过一个算例,说明竖向荷载下半刚性连接组合框架的实用设计过程及经济性。     

半刚性连接钢框架二阶内力和位移的简化计算

框架中梁柱连接大多介于完全刚接与理想铰接之间,即半刚性连接。提出了半刚性连接钢框架二阶内力与位移的简化计算方法。在计算内力时用弯矩放大法,连接的影响通过将梁的抗弯刚度乘以修正系数来考虑;计算位移时用D值法,连接的影响通过将梁的抗弯刚度转化为等效刚度来考虑。算例表明,在计算中应充分考虑半刚性连接的影响。     

半刚性连接钢框架二阶内力和位移的简化计算

框架中梁柱连接大多介于完全刚接与理想铰接之间,即半刚性连接.提出了半刚性连接钢框架二阶内力与位移的简化计算方法.在计算内力时用弯矩放大法,连接的影响通过将梁的抗弯刚度乘以修正系数来考虑;计算位移时用D值法,连接的影响通过将梁的抗弯刚度转化为等效刚度来考虑.算例表明,在计算中应充分考虑半刚性连接的影响.     

The effect of semi-rigid joints and an elastic bracing system on the buckling load of simple rectangular steel frames

A linear stability analysis for establishing the combined effect of joint flexibility and an elastic bracing system on the buckling load of steel plane frames is presented herein. Based on the beam-to-column model of Eurocode 3, the subsequent study shows that joint flexibility is a very important parameter that needs to be incorporated into the stability analysis of frames with semi-rigid connections. It was found that assuming flexible connections in such frames always leads to a reduction of their buckling load, which is proven to be significant in many characteristic cases. Numerical results for simple elastically braced or unbraced frames with semi-rigid connections, in tabular and graphical form, reveal the pronounced effect of joint flexibility and elastic bracing on their buckling load. The results presented herein can be readily used for the design of simple frames against buckling, while the flexible connection concept can be applied to all types of steel frames.     

一种半刚性节点的实用计算模型

本文对半刚接梁柱节点,提出了强化双线性节点模型。经分析,该节点模型能较好地反映出节点半刚性特征,且能方便地应用于半刚性节点钢结构的弹性和弹塑性分析,而且有很高的计算精度,可用于工程设计。     

钢结构半刚性端板连接弯矩-转角曲线简化计算方法

结合已有研究成果及国外规范的建议,对应用于多层钢框架中的半刚性端板连接梁柱节点提出了标准构造建议,并针对此类端板连接提出了相应的弯矩—转角(M-φ)曲线形式及简化计算方法。通过将计算结果与相关试验结果对比,证明了该方法能够较好地计算端板连接的弯矩—转角(M-φ)全曲线,特别是能够非常准确地计算端板连接在节点弯矩小于节点抗弯承载力设计值时的节点转角,从而能够很好地满足结构设计的要求;且该方法计算过程简单,可操作性较强,方便实际应用,为我国钢结构设计规范关于半刚性端板连接的设计计算方法提供了有益补充。     

半刚接刚架内力性能分析

在节点半刚性连接的线性化模型基础上,对工程中常用的4种类型半刚接刚架进行了内力分析,推导了刚架杆端弯矩的计算公式。对传统刚接刚架计算弯矩值用乘以弯矩系数的方法进行修正,得到半刚接刚架弯矩值,可应用于工程设计。分析结果表明,随着刚度比增大,节点约束程度减弱,刚架横梁跨中弯矩增大,梁端弯矩减小,节点半刚性对刚架受力性能有明显影响,在刚架分析和设计中应加以考虑。     

A practical design method for semi-rigid composite frames under vertical loads

Although the benefits of semi-rigid connections and composite actions of slabs are extensively documented in the design of steel frames, they are not widely used in practice. The primary cause is the lack of appropriate practical design methods. In this paper, a practical method suitable for the design of semi-rigid composite frames under vertical loads is proposed. The proposed method provides the design of the connections, beams and columns for semi-rigid composite frames at the ultimate and serviceability limit states. The rotational stiffness of beam-to-column connections for calculating the deflection of the frame beams and the effective length factor of columns are also determined. In addition, the accuracy of the proposed design method is verified by a pair of tests carried out on full-scale semi-rigid composite frames. Moreover, a design example is proposed to demonstrate the application of the proposed design method. It is shown that the proposed design method not only takes into account the actual behavior of the beam-to-column connections and its influence on the behavior of the overall structures, but is also simple and convenient for a designer to use in engineering practice.     

半刚性T型钢高强螺栓连接承载力计算

节点的半刚性对钢框架的内力、位移和结构的极限承载力的影响相当大,在钢框架设计中不能忽视。针对实际工程中采用的一种半刚性连接节点—T型钢连接,进行了极限承载力计算,通过比较节点各组成部分所能承受的荷载极限值,选取其中最小值作为节点的极限承载力。用此方法计算了2个不同的节点模型,与试验结果进行对比,算式可反应T型钢连接的实际工作性能。