钢框架半刚性连接研究综述_叶康

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1、第 卷 第 期伪 年 月结 构 工 程 师司 飞,喀钢 框 架 半 刚 性 连 接 研 究 综 述叶 康 李 国 强 张 彬同 济 大 学 , 上 海 双 助 吟提 要 概 述 了 近 年 来 国 内 外 研 究 栩 结 构 梁 柱 半 刚 性 连 接 的 各 种 方 法 , 并 衬 半 刚 性 连 接 的 特 性 育 拒 一转 角 关 系 进 行 了 分 析 。 主 要 侧 重 于 半 刚 性 连 接 的 特 性 及 其 计 算 模 型 , 并 分 析 了 各 种 模 型 的 优 缺 点 。关 抽 词 半 刚 性 节 点 , 育 拒 一 转 角 关 系 , 计 算 模 型 , 钢 结 构一伙

2、以 月议 匆 , 倒 唱 腼 犯加 一 叨 心 山 旧司 黝 比 一 , 及 泪 司浏 , 面 絮 劝叮 哪 一 , , 一 , 以 , 拍前 官传 统 上 , 人 们 为 了 简 化 计 算 , 在 钢 框 架 分 析 和设 计 中 一 般 是 把 梁 与 柱 的 连 接 假 定 为 全 刚 性 的 或者 是 理 想 的 铰 接 。 刚 性 结 点 的 假 定 意 味 着 相 邻 杆件 之 间 的 斜 率 完 全 是 连 续 的 , 同 时 重 力 弯 矩 的 全部 或 大 部 分 从 梁 传 到 柱 。 理 想 铰 接 的 假 定 则 意味 着 , 梁 的 特 性 像 一 个 简 支 杆

3、件 , 梁 不 会 传 递 重 力弯 矩 给 柱 。而 实 际 情 况 是 , 钢 结 构 框 架 梁 与 柱 之 间 通 过焊 缝 或 螺 栓 多 采 用 高 强 螺 栓 连 接 。 在 梁 端 弯 矩作 用 下 , 梁 柱 连 接 或 多 或 少 会 产 生 一 定 的 变 形 , 表现 为 梁 柱 间 的 相 对 转 动 。 试 验 结 果 已 经 证 明 川 ,钢 框 架 的 实 际 梁 柱 连 接 性 能 总 是 介 于 全 刚 性 和 理想 铰 的 极 端 情 况 之 间 , 如 图 所 示 。佃 剐 性 注 彼图伽 位 文 幼 艘三 种 节 点 变 形 示 意 图佃 半 侧 性

4、注 故因 为 半 刚 性 连 接 的 受 力 性 能 弯 矩 一 连接 转 角 变 形 关 系 对 结 构 的 变 形 和 承 载 力 均 有 较大 的 影 响 , 因 此 , 明 确 半 刚 性 连 接 的 约 束 关 系 是 进行 半 刚 性 连 接 框 架 静 动 力 分 析 与 设 计 的 关 键 。 文 献 综 述 结 构 工 程 师 第 卷 第 期描 述 一 , 关 系 最 通 用 的 方 法 , 是 将 试 验 数据 拟 合 成 简 单 的 表 达 式 或 者 , 如 果 对 某 个 特 定 的连 接 构 造 没 有 试 验 数 据 时 , 就 要 建 立 简 单 的 分 析方

5、法 来 计 算 连 接 特 性 。过 去 国 内 外 研 究 者 已 作 了 大 量 的 连 接 试 验 ,获 取 了 大 量 的 一 数 据 , 利 用 这 些 现 有 的 数据 已 经 建 立 了 各 种 能 够 模 拟 半 刚 性 连 接 的 弯 矩一 转 角 特 性 的 计 算 公 式 一 , 模 型 。本 文 分 析 了 半 刚 性 连 接 的 性 质 与 特 性 , 并 简 要叙 述 了 国 内 外 几 种 能 够 模 拟 连 接 特 性 的 公 式 , 为 钢框 架 梁 柱 半 刚 性 节 点 的 分 析 与 设 计 提 供 了 依 据 。部 屈 曲 。在 外 荷 载 影 响 下

6、 整 体 的 几 何 变 化 。半 刚 性 连 接 的 滞 回 关 系由 图 可 以 看 出 , 如 果 改 变 连 接 上 的 弯 矩 方向 , 连 接 将 会 卸 载 , 但 所 走 的 是 不 同 的 路 径 , 它 几 乎是 线 性 的 , 其 斜 率 等 于 一 , 曲 线 的 初 始 斜 率 。尹加声口气决裂御半 刚 性 连 接 的 特 性如 图 , 表 示 出 各 种 常 用 的 半 刚 性 连 接 的 弯矩 一 转 角 一 特 性 。 由 该 图 可 以 观 察 到 下列 几 点凡 一 切 峨 剐 度凡 一 初 始 刚 度图特 角半 刚 性 连 接 的 典 型 夸 矩 一 转

7、角 特 性短 形 钢 连 接鳄 乡顶 底 角 锅 连 接产 产 一 尸 一 一 一烦 端 板 连 接飞恻切双 角 俐 腹 板 连 接单 角 银 腹 板 连 接。 一 一 百 蔽 厂 一 一 一 一图 各 种 连 接 的 奄 矩 一 转 角 曲 线所 有 连 接 所 展 示 的 一 特 性 , 均 处 在 理想 铰 接 条 件 水 平 轴 和 全 刚 性 条 件 垂 直 轴 之间 。连 接 所 能 传 递 的 最 大 弯 矩 此 处 称 为 极限 弯 矩 承 载 力 , 在 较 为 柔 性 的 连 接 中 要 降 低 。弯 矩 相 同 时 , 连 接 的 柔 性 愈 大 , 值 愈大 。 反 之

8、 对 于 指 定 的 值 , 柔 性 大 的 连 接 在 相 邻杆 之 间 传 递 的 弯 矩 就 要 少 些 。半 刚 性 连 接 的 一 关 系 在 全 部 实 际 加载 范 围 内 一 般 是 非 线 性 的 。连 接 的 非 线 性 特 性 来 自 多 种 因 家 , 其 中 一 些重 要 的 因 素 如 下连 接 组 合 材 料 本 身 不 连 续 。连 接 组 合 中 一 些 组 合 件 产 生 局 部 屈 服 。这 是 引 起 连 接 非 线 性 特 性 的 主 要 因 素 。连 接 组 合 中 的 孔 眼 、 扣 件 以 及 构 件 之 间的 承 压 接 触 引 起 应 力 和

9、 应 变 集 中 。连 接 附 近 处 , 梁 与 柱 的 翼 缘 或 腹 板 的 局由 于 这 一 特 性 梁 端 同 样 的 连 接 总 是 展 现 不同 的 特 性 。 这 一 点 从 图 仅 受 重 力 荷 载 的 简 单 门式 刚 架 可 以 更 好 地 展 示 出 来 。在 重 力 作 用 下 , 梁 端 连 接 产 生 一 个 弯 矩 , 为一 , 曲 线 上 的 。 现 在 , 如 果 对 框 架 施 加 一 侧向 力 背 风 向 连 接 将 继 续 加 载 , 而 迎 风 向 连 接 将 会卸 载 。在 极 限 情 况 下 , 当 重 力 荷 载 弯 矩 等 于 连 接 极限

10、 弯 矩 承 载 力 时 , 背 风 向 连 接 将 会 像 铰 接 连 接 而迎 风 向 连 接 又 将 像 一 个 线 弹 性 连 接 , 其 刚 度 等 于初 始 刚 度 。连 接 的 模 拟线 性 模 型如 图 所 示 三 种 简 单 的 线 性 模 型单 刚 度 线 性 模 型采 用 初 始 刚 度 来 代 表 全 部 加 载 范 围 的 连接 特 性 。 当 弯 矩 增 加 超 过 连 接 使 用 极 限 后 , 这 种 模型 就 不 再 有 效 。双 线 模 型能 够 更 好 地 表 达 连 接 特 性 , 这 种 模 型 在 某 一转 折 弯 矩 处 , 用 一 条 更 平 坦

11、 的 线 来 取 代 弯 矩 一 转角 线 的 初 斜 率 。折 线 模 型用 一 组 直 线 段 来 通 近 非 线 性 的 一 , 曲 线 。目 叼 幻 吧 , 习 ,该 模 型 优 点 使 用 方 便 。 缺 点 不 够 精 确 , 转 折 点 处 的 刚 度 突 变 , 因 此 难 以 用 于 实 践 。转 角 , 匕 朴拍 角 一够气 口匆以扮幕却特 角图碱 冷 。 一 而 丽 万 一 一连 接 加 载 却 续 特 性 示 例成 许 多 小 组 , 每 一 组 跨 越 的 一 个 小 范 围 。 然后 用 三 次 样 曲 线 拟 合 每 组 数 据 , 同 时 保 证 交 点处 各

12、组 数 据 的 一 阶 和 二 阶 导 数 是 连 续 的 。该 模 型 优 点 能 回 避 负 刚 度 问 题 , 并 能 极 好 地表 示 非 线 性 的 一 , 特 性 。缺 点 在 曲 线 拟 合 过 程 中 需 要 大 的 数 据 。撇广雌雌幕 函 救 模 型图 线 性 一 模 型多 项 式 模 型和 币 建 立 了 多 项 式 模 型 来 计 算几 种 类 型 连 接 的 特 性 。 一 , 关 系 用 以 下 奇 次 方的 多 项 式 来 表 达一 入式 中 , 是 取 决 于 连 接 类 型 及 几 何 尺 寸 的 标 准 化参 数 , 和 是 曲 线 拟 合 常 数 。该 模

13、 型 优 点 能 很 好 地 代 表 一 特 性 。缺 点 在 于 多 项 式 的 性 质 , 在 某 一 范 围 内 它 会达 到 并 通 过 峰 值 点 , 用 一 , 曲 线 斜 率 代 表 的 连接 刚 度 , 就 可 能 在 的 某 些 值 处 变 成 负 的 。最 简 单 的 幕 函 数 模 型 二 参 数 模 型其 简 单 的 形 式 如 下口 耐式 中 , , 是 两 个 曲 线 拟 合 参 数 , 其 条 件 是 ,。一 般 说 来 , 二 参 数 模 型 不 能 很 好 地 代 表 连 接一 , 特 性 , 如 果 要 求 精 确 的 结 果 就 不 推 荐 使用 。和 幕

14、 函 数 模 型。 一 姗 “ “式 中 , 是 初 始 连 接 刚 度 , 。 是 连 接 的 极 限 夸矩 承 载 力 , 是 曲 线 的 形 状 参 数 。 模 型 特 点 三 参数 , 。 , ” 模 型 , 不 如 样 条 模 型 精 确 , 但 所需 数 据 大 大 减 少 。电 和 砧 币 幕 函 数 模 型样 条 模 型等 用 样 条 法 对 连 接 试 验 数 据 作 了 二 、 ” 一又 灭 丽 兀 【 且 从 琢 丽 元模 型 特 点 四 参 数 模 型 , 能 极 好 地 表 达 各 种 连曲 线 拟 合 。 在 这 个 模 型 中 , 将 一 , 试 验 数 据 分

15、接 的 非 线 性 一 模 型 。 文 献 综 述 结 构 工 程 师 第 卷 第 期指 数 函 数 模 型和 多 参 数 指 数 模 型艺 一 。 一 ” , ,忍 扣 尺 、 一 ,式 中 , 是 曲 线 拟 合 的 连 接 弯 矩 初 始 值 , 连接 应 变 硬 化 刚 度 , 是 标 童 系 数 用 来 保 证 数 值 稳定 , 是 由 线 性 回 归 分 析 求 得 的 曲 线 拟 合 常 数 。模 型 特 点 在 曲 线 拟 合 试 验 数 据 方 面 与 三 次样 条 模 型 一 样 好 。 但 是 , 如 果 一 , 曲 线 上 有 斜率 急 剧 改 变 , 该 模 型 则

16、不 能 很 好 地 表 达 出 来 。和 指 数 模 型和 改 进 了 一 指 数 模 型 , 使之 能 够 适 应 一 , 曲 线 斜 率 的 急 剧 变 化 , 其 形 式如 下试 验 点 确 定 出 一 个 代 表 拟 合 函 数 的 常 徽 分 方 程 ,通 过 求 解 此 徽 分 方 程 便 可 得 到 拟 合 函 数 的 具 体 形式 。 拟 合 曲 线 可 表 示 为口 砂 砂 之 产模 型 特 点 节 点 的 连 接 函 数 模 型 由 具 体 的 试验 数 据 确 定 , 使 得 经 选 择 后 的 模 型 具 有 最 佳 的 通近 效 果 。 该 方 法 一 来 可 以 克 服 多 项 式 模 型 精 度 较差 , 一 阶 导 数 不 连 续 的 缺 点 , 二 来 弥 补 了 指 数 函 数取 项 太 多 且 函 数 分 段 表 达 的 不 足 。 但 是 , 对 于 各 种不 同 的 连 接 节 点 都 必 须 找 出 一 个 合 适 的 一 氏设 计 表 达 式 , 该 工 作 是 巨 大 的