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。     

半刚接钢框架的动力特性探讨

通过对单自由度体系和多自由度体系半刚接钢框架的动力特征分析,初步探讨了梁柱连接转动刚度对结构自振周期、频率、临界阻尼以及振型等参数的影响。半刚接钢框架的周期、频率介于刚接和铰接框架之间,且随着连接转动刚度的变化而变化,当节点转动刚度位于(102~105)kN.m/rad时对结构动力性能的影响最显著,但结构的振动形式保持不变。     

半刚性连接钢框架变形的有限元研究

应用大型有限元程序ANSYS建立模拟钢框架梁柱节点半刚接的模型,施加荷载并进行了计算,通过对半刚性节点连接钢框架的变形分析,总结出半刚性连接框架节点的不同刚度值对框架变形的影响。结果表明,半刚性框架节点刚度的大小将直接影响结构的变形大小。     

基于增量动力分析的梁贯通式支撑钢框架地震易损性研究

为了得到梁贯通式支撑钢框架节点刚度及承载力设计方法,基于增量动力分析(IDA)方法,研究了节点性能对多层梁贯通式支撑钢框架地震易损性的影响,得到了不同节点刚度和承载力设置下四种模型(刚接、全强度半刚接、半强度半刚接和铰接模型)的易损性曲线,定量评价了各模型超越各极限状态的概率和倒塌储备系数.研究结果表明:无论节点刚度和...     

半刚接自复位装配式钢框架拟动力试验模拟分析

针对已经完成的柱脚采用半刚接自复位装配式钢框架1层子结构(原模型为4层)进行拟动力试验,采用ABAQUS有限元分析软件建立4层单跨有限元模型进行动力时程分析,分析钢框架的位移响应、开口变化、滞回曲线和各部位的应变发展状况,并与试验结果进行对比分析。分析结果表明:有限元和试验结果较为吻合,证明了半刚接自复位钢框架的优越性和有限元分析的可靠性,为今后进一步开展研究打下良好的基础。     

偏心支撑半刚接钢框架柱计算长度系数研究

通过引入连接转动刚度及偏心支撑,导出了偏心支撑半刚接钢框架柱计算长度系数理论公式。采用ANSYS软件对D形偏心支撑半刚接钢框架进行了非线性屈曲分析,得出了偏心支撑半刚接钢框架柱计算长度系数表,并回归了建议计算公式。     

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.     

考虑柱脚转动刚度的多层钢框架易损性分析

通过对多层钢框架进行增量动力分析,研究柱脚转动刚度、底层破坏模式以及钢柱宽厚比对多层钢框架抗震性能的影响,具体从结构倒塌储备系数、地震易损性以及结构局部响应考察各影响因素对结构抗震性能的影响。分析结果表明,当破坏模式由钢柱破坏控制时,随着钢柱宽厚比的增大结构抗震性能减弱,考虑柱脚刚度的半刚接柱脚钢框架地震易损性与刚接柱脚钢框架差别较小,当柱脚与柱刚度比为2.0时,框架地震易损性与刚接柱脚钢框架非常接近;当破坏模式由柱脚破坏控制时,可以明显降低钢柱宽厚比的要求。     

偏心支撑半刚接钢框架的动力特性及抗震性能试验研究

偏心支撑半刚接钢框架是一种新型抗震结构体系,为研究其动力特性及抗震性能,进行了4个三层空间框架试件的试验研究。动力特性测试表明,随着梁柱节点转动刚度的降低,结构自振频率减小,阻尼比增加。循环加载试验表明,节点刚度和承载力对偏心支撑框架结构的滞回性能有显著影响,节点刚度和承载力越高,滞回性能越好,节点刚度较低的偏心支撑框架不宜用于抗震设防区;偏心支撑显著增加了半刚接钢框架的抗侧刚度,使得节点刚度对框架刚度的影响减弱,但降低了结构延性;结构的塑性变形主要来自节点域、消能梁段及梁柱节点连接件;多层偏心支撑框架的侧移变形为剪切型,层间屈服位移角较大。     

半刚性端板连接多层钢框架地震反应的弹性时程分析

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.本文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时程计算分析,研究了节点刚度对多层钢框架结构抗震性能的影响.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,结构的自振周期和振型都有很大变化,在地震作用下结构的底部剪力明显减小,动力响应变化很大.在钢框架分析和设计中,应考虑半刚性节点的影响.     

带钢板剪力墙半刚接钢框架受力性能研究

基于支撑杆件和钢板受力情况以及实际钢结构工程中半刚性节点安装以及受力性能,提出了半刚接-带支撑钢板剪力墙结构体系。通过有限元软件ANSYS对单跨一层半刚接-带支撑钢板剪力墙结构进行了变参数(板厚、支撑形式、支撑大小、跨高比)非线性静力性能分析;结果表明:带支撑钢板剪力墙对提高半刚接钢框架承载力以及抗侧移刚度影响显著,并且半刚接-带支撑钢板剪力墙结构体系延性性能良好。     

半刚接钢框架的稳态谐响应分析

以ANSYS为工具,对多高层半刚接框架数值模型进行了谐振响应分析。研究了结构顶点位移、柱底剪力随荷载自振频率、半刚性节点刚度之间的变化规律,并对半刚接钢框架的结构设计提出了建议。     

高层空间半刚性连接钢框架分析的QR法

采用双向三次B样条基函数及正交多项式乘积的线性组合,构造了空间钢框架结构分析QR法的整体位移函数,借助于有限元法的离散网格、单元刚度方程,通过单元结点位移和QR法广义位移的变换,建立起QR法的计算格式.基于半刚性连接钢框架结构的基本假定,在单元的刚度矩阵和等效荷载向量中引入无量纲刚度因子,通过刚度因子的不同取值,不但可以分析空间刚接框架、简支框架,还可以分析任意的半刚性连接钢框架.程序计算的结果证明了该算法的正确性及精确性.     

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     

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。     

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.     

半刚性连接组合框架地震反应分析

本文采用SAP2000程序建立了半刚性连接组合框架的有限元模型,基于半刚性组合节点试验所得到的滞回模型,研究了半刚性连接组合框架的地震反应特征,并分析了连接刚度变化对多层组合钢框架动力特性的影响,比较了框架中不同位置连接的耗能能力.分析结果表明,连接柔度会降低结构的低阶自振周期,但是对高阶模态影响则很小.地震作用下半刚性连接组合框架的位移反应不一定大于对应的刚接组合框架,而地震剪力则减小.框架中的边节点耗散的地震能量多于中间节点,而底层节点耗散的能量又多于中间层和顶层节点.     

栓焊连接钢框架钢板剪力墙结构试验研究和有限元分析

在钢板剪力墙结构中,上下两层内嵌钢板拉力带的水平分力作用在中间梁上,减小了梁端弯矩,降低了节点的刚度要求,为采用半刚性节点提供了可能。据此,提出半刚接钢框架钢板剪力墙新型结构体系的概念,并设计了单跨两层栓焊连接（节点域无加劲肋）钢框架-钢板剪力墙试件,进行了低周反复荷载试验研究和有限元分析。试验主要从整体性能方面对试件...     

带偏心支撑的半刚性钢框架结构抗震性能分析

半刚性连接具有较好的耗能能力和抗震性能,但是半刚接钢框架抗侧移能力较弱,在地震作用下变形较大,因此需采用偏心支撑以提高结构的抗侧移刚度。本文对无支撑、单斜式偏心支撑和人字形偏心支撑的半刚性框架进行了多遇地震下弹性分析,分析了各模型的顶点位移、楼层最大剪力的变化规律,总结出节点刚度的变化、偏心支撑的设置及类型对半刚性钢框架动力性能的影响。本文的研究成果为相关工程的设计和抗震减灾工作提供了借鉴作用。     

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。