考虑梁柱半刚性连接巨型框架受力性能研究

以某三跨24层巨型框架结构为例,采用通用有限元软件SAP2000,对比分析了巨型框架结构粱柱节点为刚接、铰接、半刚性连接的自振周期、位移与前三阶振型下的连梁轴力。探讨了考虑梁柱半刚性连接巨型框架受力性能,提出了合理化建议以指导工程实践。     

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.     

半刚性连接钢管混凝土框架动力特性的非线性有限元分析

应用有限元软件ABAQUS建立半刚性连接的钢管混凝土平面框架模型,采用SPRING2单元模拟半刚性节点,节点采用具有半刚性特性的不同弯矩-转角曲线作为约束条件。对比了2层两跨半刚性框架试验的荷载-位移模拟曲线和试验曲线进行模型验证。基于验证结果,对一典型6层三跨半刚性连接的钢管混凝土框架进行了模拟,分析不同连接刚度条件对钢管混凝土组合框架的抗震性能影响。结果表明:半刚性连接对钢管混凝土框架结构的抗震性能影响显著。相对于刚接,采用半刚性连接时,钢管混凝土框架结构底层剪力明显减小,低阶振型的自振周期增大,结构动力响应变化很大。     

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.     

半刚性连接钢管混凝土高层框剪结构的受力研究

随着高层建筑的逐渐加高,结构的抗震性要求也越来越高。钢管混凝土框剪结构以其很好的抗震性能被广泛应用于高层框剪结构中。本文以有限元分析软件SAP2000建立半刚性钢管混凝土框剪结构的有限元模型,对比分析了梁柱为刚接、铰接、半刚性连接时对钢管混凝土框剪结构的周期、位移、内力的影响。结果表明:半刚性连接使结构的自振周期变大,随着振型的增大半刚性连接对自振周期的影响越来越小;半刚性连接使得框架的剪力有所减小。半刚性连接减少了钢管框架的层间抗推刚度,使得结构的水平位移加大。     

半刚性连接钢管混凝土框剪结构的有限元分析

采用通用有限元分析程序ANSYS建立了半刚性连接钢管混凝土框架剪力墙结构的有限元模型,探讨半刚性连接对框剪结构周期、位移和内力等的影响。分析结果表明：半刚性连接使得结构的基本自振周期增大,对高阶振型自振周期的影响很小;半刚性连接增大了结构的位移及剪力墙的弯矩和剪力,但使得框架的剪力有所减小。提出了考虑半刚性连接的设计建议,可供工程设计人员参考。     

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.     

Y型偏心支撑半刚性连接钢框架动力性能研究

Y型偏心支撑既能提供足够的弹性刚度,又能使结构具有很好的抗震性能;半刚性节点对钢框架结构的性能影响很大,在进行钢框架结构设计时必须要考虑半刚性的影响。将Y型偏心支撑与半刚性连接结合起来的结构形式是一种新型抗震结构体系。运用结构通用有限元软件MIDAS GEN建立不同连接刚度的半刚性连接Y型偏心支撑钢框架模型。并对其进行模态分析、多遇地震下和罕遇地震下的时程分析,得到各不同连接刚度Y型偏心支撑钢框架的自振周期、层间位移、层间位移角及顶点时程位移曲线。通过对比分析可知,半刚性连接对Y型偏心支撑钢框架的抗侧刚度有很大影响,半刚性连接可以很好地改善结构的抗震性能。Y型偏心支撑与半刚性节点都可以提高结构的抗震性能,两者相结合的结构形式有很好的应用前景。     

巨型框架中主框架梁柱连接形式对结构受力性能的影响

随着钢管混凝土组合截面日愈增多地应用于巨型框架中,主框架梁柱的连接形式分为焊接刚性连接、螺栓铰接与半刚性连接。以一4跨24层巨型框架结构为例,采用通用有限元软件MIDAS,对比分析了巨型框架结构的自振周期、位移与弯矩等受力特征值;探讨了主框架梁柱布置对巨型框架受力性能的影响,提出了合理化建议以指导工程实践。     

半刚性连接框架结构的动力特性研究

建立了半刚性连接框架结构的自由振动方程 ,推导出半刚性连接框架结构基本自振周期的计算公式 ,分析了连接刚度对基本自振周期的影响。使用通用有限元程序ANSYS进行结构的模态分析得到结构的基本自振周期 ,有限元分析结果和公式计算结果吻合良好。结果表明 ,半刚性连接使得结构基本自振周期增大 ,水平地震作用效应减小     

节点柔度对半刚性连接钢框架动力性能影响研究

采用ANSYS进行数值模拟分析,建立了具有不同节点初始刚度的多层钢框架及相应刚性连接框架的计算模型,分析了节点刚度对结构自振频率的影响。进一步对结构进行了时程分析,研究了在地震波激励下结构顶点位移和柱底剪力随节点刚度的变化规律。     

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.     

角钢连接的半刚性钢框架抗震性能试验研究

在实际工程中,钢框架连接性能往往介于刚性节点和铰接节点之间,呈半刚性连接。采用拟静力试验方法进行了角钢连接的半刚性连接钢框架在低周往复荷载作用下抗震性能的试验,研究了带腹板双角钢、顶底角钢半刚性连接钢框架在周期循环荷载作用下的滞回性能、延性和破坏机理等,为钢结构抗震设计提供了一定的理论参考。试验结果表明该钢框架由于节点部位转动刚度小于刚性连接,使结构的抗侧刚度降低,侧向变形增加,但是同时也改善了梁柱的内力分布,提高了其在周期循环荷载作用下的滞回性能和耗能特性,比刚性连接钢框架具有更好的抗震性能。     

The design and seismic performance of low-rise long-span frames with semi-rigid connections

Moment-resisting steel frames are used frequently in low-rise and mid-rise buildings located in high seismic areas due to their high ductility and economic solutions. In these type of structures, strong-column weak-beam design requirements result in larger column sections and overdesign in low-rise long-span buildings. To mitigate this problem, moment-resisting steel frames with energy-dissipative semi-rigid/partial strength connections can be used as an alternative to perimeter frames. By using energy-dissipative semi-rigid connections, the strong-column weak-beam requirement is eliminated and more economical column sections are used. In this study, a three-span three-bay frame with 7 and 9 m span lengths is designed with semi-rigid connections having four different capacities in high seismic zones. Their seismic performance is evaluated analytically under three different earthquake levels by modeling connections with two different moment-hardening ratios and two different hysteretic behavior models. The design with reduced connection capacity resulted in an increase in the beam weights, a decrease in the column weights and an overall decrease in the structural weight. The seismic performances of 26 sample frames are evaluated with pushover and dynamic analyses under 25 real strong ground motion records. All of the sample frames satisfied the acceptance criteria and showed reliable performance under earthquake loading. The overdesign problem in low-rise long span-buildings is eliminated to some extent without using the perimeter frame approach. Furthermore, under some specific ground motion records, the top displacements in semi-rigid frames become lower than those of their rigid counterparts.     

两层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓端板连接框架拟动力试验研究

为揭示半刚性钢管混凝土组合框架在地震作用下的动力特性和破坏形式,对2榀两层单跨钢管混凝土柱与 组合梁单边螺栓端板连接组合框架进行拟动力试验研究。该试件的梁柱连接节点形式为平齐端板或外伸端板连接 ,组合楼板采用钢筋桁架楼承板,试验影响参数为柱截面类型和端板类型。研究了El-Centro地震波作用下结构 的加速度反应和位移响应,分析了滞回性能、刚度、延性和耗能能力等,评价了梁柱半刚性连接和楼板组合效应 对组合框架结构整体性能的影响。试验表明：半刚性钢管混凝土组合框架具有良好的抗震性能和耗能特性。在柱 截面宽度和含钢率相同条件下,采用单边高强螺栓端板连接方式,圆钢管混凝土组合框架的最大位移响应和累积 耗能比方钢管混凝土组合框架大;方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始刚度优于圆钢管混凝土组合框架。 研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。     

机械法联络通道-隧道系统地震荷载响应分析

机械法联络通道作为一种新的工法,在主隧道与联络通道之间采用钢板焊接,该接头是抗震设计的关键点。针对接头的抗震问题,文章通过有限元方法研究地震荷载对主隧道和联络通道的受力、位移和加速度响应的影响,考虑刚性和半刚性接头两种工况。结果表明：在地震荷载作用下刚性接头受力远大于半刚性工况;在半刚性连接形式下,隧道加速度及位移的响应均大于刚性连接工况,y方向的地震荷载作用对半刚性连接形式下联络通道的位移及加速度响应影响较大。     

竖向荷载下梁柱连接的刚性判别准则

框架结构中梁柱的连接往往是半刚性的,设计中把梁柱连接假定为完全刚接或完全铰接都是不合理的。在对半刚性框架和刚性框架受力变形分析的基础上,综合框架正常使用极限状态和承载能力极限状态两种状态,建立了竖向荷载作用下梁柱连接刚性判别准则。     

钢管混凝土柱-钢梁单边高强螺栓端板连接框架的拟静力试验研究

为获悉半刚性钢管混凝土框架结构在地震作用下的抗震性能和破坏机理,进行2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架试件的拟静力试验,包括1个圆形和1个方形钢管混凝土框架。研究柱截面类型和端板类型对框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了框架在低周反复荷载作用下的受力全过程和破坏特征,分析此类结构的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标,并结合现有规范评价结构的延性。试验结果表明,此类半刚性连接钢管混凝土框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,其延性系数μ=2.41-3.75,能量耗散系数E=0.823-0.955|在柱截面含钢率相同条件下,方钢管混凝土框架试件的极限承载力和耗能能量均高于圆钢管混凝土框架试件|梁柱节点采用单边高强螺栓端板连接具有典型的半刚性特征,连接可靠和耗能效果好。研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。     

竖向荷载下足尺半刚性连接组合框架试验研究

为研究半刚性连接组合框架在静载作用下的力学性能,进行了竖向荷载下两榀足尺的两层两跨半刚性连接组合框架试验。组合框架由H型钢柱和压型钢板混凝土组合梁组成,钢节点由焊接到钢梁端部的平端板通过螺栓与钢柱翼缘连接。为了解半刚性连接组合框架的结构性能和破坏特征,考察不同荷载水平作用下半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架结构整体性能的影响,重点分析框架整体性能、节点性能和梁性能。试验表明:平端板型组合节点为半刚性连接、部分强度节点,具有较高的强度和刚度,其极限转角可满足不小于30mrad的延性设计要求;半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架的强度、刚度和延性有较大影响,设计时应加以考虑。试验结果可为今后半刚性连接组合框架理论研究和工程实际应用提供参考。