半剛接平面鋼框架柱計(jì)算長度系數(shù)

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1、半剛接鋼框架柱計(jì)算長度系數(shù)想化為理想的鉸接。使用理想鉸接的假定，意味著梁與柱之間沒有彎矩的傳遞。就轉(zhuǎn)動(dòng)而論，用鉸連在一起的梁和柱將相互獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)。而在另一方面，使用全剛性的假定，則意味著相鄰桿件之間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)框架變形時(shí)，梁柱之間夾是保持不變。雖然對(duì)連接性能的這種理想化簡化了鋼框架的分析和設(shè)計(jì)過程，但采用理想化的連接模型在很多情況下是不合理的，不能反映結(jié)構(gòu)工作的實(shí)際情況，因?yàn)閷?shí)際所用的大多數(shù)連接在荷載作用下，都會(huì)傳遞一些彎矩而同時(shí)又產(chǎn)生一定的變形。這樣，理想鉸接和全剛性節(jié)點(diǎn)的假定只能是真實(shí)結(jié)構(gòu)中的極端情況【2】。大量的實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)際鋼框架梁柱連接性能總是介于理想的剛接和鉸接之間。因此

2、提出了半剛性連接的概念(在美國AISC．LRFD規(guī)范中稱為部分約束)。為了合理正確地預(yù)測(cè)鋼框架的實(shí)際受力性能，應(yīng)在鋼框架的分析和設(shè)計(jì)中考慮半剛性連接的影響。半剛性連接鋼框架在分析設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮連接的柔性之外，還要考慮框架的非線性特性，半剛性連接鋼框架的非線性包括以下三種形式：(1)連接的非線性M一口關(guān)系；(2)桿件的幾何非線性(P一萬效應(yīng))和框架的幾何非線性(尸一△效應(yīng))；(3、)框架桿件的材料非線性【2卜【”】。本文采用二階彈性分析法，不考慮桿件的材料非線性。由于節(jié)點(diǎn)的柔性和半剛性連接鋼框架的非線性特性，使得半剛性連接鋼框架在地震荷載作用下具有穩(wěn)定的滯回性能和良好的耗能性能，較剛性連接鋼

3、框架具有更好的抗震性能：在荷載作用下，框架梁的內(nèi)力出現(xiàn)重分配，梁端彎矩減小而跨中彎矩相對(duì)增大：同時(shí)半剛性連接同剛性連接相比，還具有良好的延性，較有利于抵抗地震荷載作用，顯著的增加了鋼框架的側(cè)移。梁與柱的半剛性連接只具有有限的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，在承受彎矩的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的交角變化。在內(nèi)力分析時(shí)，必須預(yù)先確定連接的彎矩．轉(zhuǎn)角特性曲線，以便考慮連接變形的影響【3】。連接的性能與連接細(xì)部和受力條件有關(guān)，表現(xiàn)出非常復(fù)雜的非線性特性。1．2．2半剛性連接鋼框架研究的發(fā)展概況梁和柱半剛性連接的鋼框架是框架穩(wěn)定計(jì)算的一個(gè)中間地帶。雖然人們對(duì)半剛性連接認(rèn)識(shí)的較早，如1960年美國出版的《高等鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》中己經(jīng)有一章講

4、述半剛性連接的分析和設(shè)計(jì)。然而，半剛性連接的框架一直未在設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用。美國AISC．LRFD．1999規(guī)范對(duì)半剛性框架也只給出原則性條文指示。由于半剛性連接的彎矩．轉(zhuǎn)角關(guān)系呈非線性，且此M一只關(guān)系曲線隨連接構(gòu)造型式和零部件尺寸而異，使計(jì)算工作十分復(fù)雜。復(fù)雜性之一在于需要掌握具體連接的M一統(tǒng)真實(shí)曲線，必要時(shí)還需要為之做試驗(yàn)。復(fù)雜性之二在于需要對(duì)框架進(jìn)行二階分析，把M一伊的非線性關(guān)系結(jié)合進(jìn)去【4卜【301。目前，國內(nèi)外對(duì)半剛性連接鋼框架的研究主要集中在兩個(gè)方面：一是半剛性連碩上學(xué)位論文接計(jì)算方法的討論，探討一種既簡單又準(zhǔn)確的表達(dá)形式來反映這種連接節(jié)點(diǎn)的彎矩和相對(duì)轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系；二是以大量的實(shí)驗(yàn)

5、為依據(jù)來驗(yàn)證半剛性連接鋼框架的靜、動(dòng)力性能【5】。第一方面的工作是半剛性連接研究的基礎(chǔ)，從上世紀(jì)70年代以來，以陳惠發(fā)(w．FChen)為首的一批科研工作者在這方面做了大量卓有成效的工作，基本上弄清了半剛性連接的工作機(jī)理和性能特征，并且建立了一些半剛性連接M—只關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)庫，主要有：(1)Kishi和Chen數(shù)據(jù)庫；(2)Goverdhan數(shù)據(jù)庫；(3)Nethercot數(shù)據(jù)庫【6。。目前國外對(duì)半剛性鋼框架的分析與設(shè)計(jì)大都基于這些數(shù)據(jù)庫。隨后人們對(duì)工程中普遍應(yīng)用的梁柱連接形式，如四角鋼連接、雙角鋼連接、外伸端板連接等連接形式作了大量的實(shí)驗(yàn)，得出了多種彎矩一轉(zhuǎn)角關(guān)系的連接模型，如被廣泛應(yīng)用

6、的FryeandMor“s(1975)模型，Richard．Abbott函數(shù)模型以及三參數(shù)冪函數(shù)模型等。這些研究主要集中在半剛性連接本身的性能上，目的是尋找一種既簡單又準(zhǔn)確的表達(dá)形式來反映連接彎矩．轉(zhuǎn)角關(guān)系。對(duì)半剛性鋼框架整體性能的研究，目前大都集中在對(duì)其靜力性能的研究，Kishi等(1988)、Goverdhan和Zandonini(1989)、Nethercot等(1990)在這方面都做了大量的工作17】。尤其是1994年美國Northridg。地震以后，人們開始研究半剛性鋼框架在地震荷載下的性能，現(xiàn)在基本上處于起步階段。而我國在這兩方面做的工作都比較少，還未進(jìn)行系統(tǒng)、深入的理論和實(shí)驗(yàn)研

7、究。國外對(duì)半剛性連接框架幾何和材料雙重非線性理論分析方法的研究起步較早，美國AISC．LRFD規(guī)范及歐洲規(guī)范明確規(guī)定在設(shè)計(jì)中考慮半剛性連接的影響。1．3各國規(guī)范中對(duì)半剛性連接鋼框架的規(guī)定早在1936年，英國規(guī)范就引入了以半剛性連接鋼框架分析為基礎(chǔ)的連接設(shè)計(jì)方法。而美國則從1946年起，AISC的鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范就已經(jīng)考慮到半剛性連接的構(gòu)造問題。但在實(shí)踐中，卻很少采用這種設(shè)計(jì)方法，這是因?yàn)榭紤]連接柔性需要大量的計(jì)算工