材料应用论文参考半刚性连接钢框架结构新应用技术发展

 　　正确认识现在半刚性连接钢框架结构的应用措施，以及对现在工业材料的新运用方式等等，文章对这些方面都做了新的研究探讨。本文选自：《材料科学与工程学报》，《材料科学与工程学报》(双月刊)创刊于1983年，是由国家教育部主管，浙江大学主办的材料领域学术性科技期刊。《材料科学与工程学报》介绍材料科学基础理论、实验检测技术、材料制备与加工等研究论文，综述具有重大意义的新材料研究与发展，为中文核心期刊。本刊为自办发行。

　　摘要：美国的钢结构抗震设计规范针对不同抗震级的有侧移抗弯框架,对节点的转动能力和抗弯承载力提出了不同的要求。目前,对多层半刚性钢框架地震效应的研究表明,连接的柔性将使框架侧移增加、永久变形恶化并改变结构弯矩分布,另外,还影响框架的固有频率、周期、阻尼等动力特性。

　　关键词：半刚性连,钢框架结构,钢材料,材料论文

　　1.连接模型

　　半刚性连接承载性能好,构造简单,施工快捷,质量比较容易得到保证,在实际工程中已经得到广泛应用。目前,常用的半刚性连接的形式主要有:外伸式P齐平式端板连接;腹板单角钢P单板连接;腹板双角钢连接;矮端板连接;顶、底角钢连接;腹板带双角钢的顶、底角钢连接;短T型钢连接见图1。从图1可以看出:

　　1)所有连接表现出来的M -θr 特性,均处在理想铰接条件(水平轴)和完全刚性条件(垂直轴)之间。

　　2)弯矩相同时,连接的柔性愈大,θr 值愈大。反之,对于指定的θr 值,柔性大的连接在相邻杆之间传递的弯矩就要小一些。

　　3)连接所能传递的最大弯矩(极限弯矩承载力)在较为柔性的连接中要降低。

　　4)半刚性连接的M -θr 关系在全部实际加载范围内一般是非线性的。

　　2.半刚性钢框架分析设计

　　1) 无侧移框架

　　在梁的设计中,考虑连接对梁提供的约束作用,假定材料为线弹性,那么只需要在简支梁计算的基础上,在梁的两端再施加与连接的转动刚度相应的约束弯矩,运用结构力学叠加原理就可以计算出整个梁的弯矩分布。Nethercot 等人[9 ]对下列三种类型连接进行研究之后,对于梁端约束弯矩的取值,提出以下建议:腹板双角钢连接取8%Mp;齐平式端板连接取45%Mp;外伸式端板连接取60%Mp,其中Mp为梁的塑性弯矩承载力。完成梁的设计后,柱端弯矩可由梁端弯矩总和按节点处上柱和下柱的刚度分配求得。

　　2) 有侧移半刚性框架

　　最基本的设计方法是Disque 方法,它假定连接设计在乘以系数的重力荷载作用下将会屈服。一旦连接屈服,则假定达到极限弯矩承载力Mu,因此连接所承受的弯矩就不再增加。框架受风荷载发生侧移时,迎风面的连接弯矩将会反向,这时,假定连接卸载,其卸载刚度等于初始刚度Rki。背风面的连接则继续受力,因为风载引起的弯矩方向与重力荷载引起的相同,但是其刚度假定为零(因为施加重力荷载后,假定已经达到Mu)。按照简支梁对梁进行设计,由于忽略了梁端约束的影响,梁的设计通常过于保守。在柱的设计中,假定反弯点在各柱高度中点,框架侧移时,只有迎风面连接将风荷载弯矩传到柱身,背风柱不抵抗风荷载剪力。

　　3.半钢性连接中存在的问题

　　1)在进行半刚性钢框架的设计中,关键问题是节点的转动刚度怎样取值。对于无侧移框架,一般不宜采用初始转动刚度,因为连接的非线性特性,在加载过程中,节点的转动变形会使转动刚度降低,,可以取连接的弯矩-转角曲线与梁线交点处的割线刚度。在Disque方法中,节点的加载刚度为零,卸载刚度为初始转动刚度。而在节点单元法中,则需要考虑连接的弯矩-转角特性曲线。另外,现有的一些研究节点半刚性对框架整体特性影响的文献,都回避了节点转动刚度怎样取值这一重要问题。

　　2)节点的半刚性特性对框架柱计算长度取值具有很大影响。框架柱的计算度系数与梁柱线刚度比ib/ic有关,例如对于无侧移钢框架,若梁对柱无转动约束(接),则计算长度系数μ为1;若梁刚度很大,μ接近015;若梁、柱采用半刚性节点连接,为部分约束,μ介于015 和1 之间,柱的计算长度与节点的刚度比有关。所以,半刚性节点对柱的计算长度取值的具体影响以及相应的构件和框架的整体稳定问题都需要一步深入研究。

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