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。     

半刚性钢框架优化设计研究

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;其次,采用增量加载法,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;按照GB50017-2003《钢结构设计规范》和实际施工的要求,建立了考虑构件和连接最小费用问题的半刚性钢框架优化数学模型;然后,在遗传算法和半刚性钢框架结构分析流程的基础上,给出了半刚性钢框架优化设计步骤;根据算例,对半刚性钢框架优化设计做了初步的探讨。     

半刚性连接钢框架的二阶弹性稳定分析

应用转动弹簧及Kish-Chen三参数模型来模拟梁柱的半刚性连接的力学性能,采用梁两端附带零长度转动弹簧的通用半刚性连接梁单元模型,根据梁柱法通过平衡微分方程及稳定函数推导了考虑二阶效应、节点半刚性影响的梁单元刚度方程及单元刚度矩阵,应用修正的Newton-Raphson迭代法,建立了平面钢框架二阶弹性稳定分析的计算格式,最后通过典型算例分析了梁柱连接节点的半刚性及二阶效应对钢框架稳定性能的影响。     

基于连接单元法的半刚性钢框架计算

采用连接单元法,考虑连接柔性的影响,推导出半刚性框架梁柱的刚度矩阵及半刚性梁的固端弯矩.经试算,该方法可用于半刚性框架内力分析.     

半刚性连接钢框架的内力计算

采用比较适合结构分析的三参数力学模型模拟半刚性连接梁柱节点的弯矩-转角性能.根据小变形叠加原理,推导了半刚接梁单元杆端弯矩的计算公式与总刚度方程.在此基础上,考虑了半刚接钢框架的几何非线性和连接柔性的影响,利用有限元方法进行实例分析,详细地分析了刚接框架与半刚接框架的内力对比.分析结果表明:该计算方法可靠,可供有关工程设计人员参考.     

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。     

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。     

柱与柱法兰连接对多高层钢框架结构性能影响研究

为了研究装配式钢框架结构柱与柱螺栓连接半刚性节点对纯框架整体结构的影响,采用ANSYS有限元分析软件,对8层2跨钢框架整体结构进行了分析,研究了柱与柱半刚性连接钢框架在风荷载作用下的弹塑性性能,得到半刚性柱与柱连接节点对整体结构力学性能的影响规律。由于柱与柱半刚性连接节点的存在,钢框架在变形性能比刚性连接钢框架有一定提高,同时其侧向位移有所增大。对于柱与柱半刚性连接钢框架,由于柱与柱连接节点的柔性影响,会增大整体框架的梁端弯矩。     

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。