淺談半剛性連接對鋼框架穩(wěn)定性影響

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1、淺談半剛性連接對鋼框架穩(wěn)定性影響　　摘要：簡要介紹幾種典型半剛性連接方式，給出相應(yīng)的彎矩—轉(zhuǎn)角曲線，分析半剛性連接的受力和變形特性，總結(jié)半剛性連接對鋼框架穩(wěn)定性的影響因素。關(guān)鍵詞：半剛性連接、彎矩—轉(zhuǎn)角、穩(wěn)定、剛度中圖分類號：U260文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A在現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計中，為了簡化計算，通常將鋼框架梁柱節(jié)點簡化為理想鉸接或完全剛接。事實上，鋼框架梁柱之間的連接既非完全剛性，也非理想鉸接，在荷載作用下連接通常表現(xiàn)出一定的柔性，因此連接就本質(zhì)而言應(yīng)屬于半剛性?？紤]設(shè)計的簡單和便捷，如果荷載作用下，連接的變形可以忽略時，則把

2、連接簡化為完全剛接，不會對框架的真實受力和變形帶來較大的誤差；同理，當(dāng)連接的抗彎能力可以忽略，采用理想鉸接模型則比較合理。但當(dāng)連接的剛度處于完全剛接和理想鉸接之間時，就應(yīng)采用能夠明確計入連接柔性影響的更為實際的分析方法[1]。連接的半剛性不僅改變鋼框架梁-柱之間的彎矩分布，而且還會增加結(jié)構(gòu)的水平位移，對結(jié)構(gòu)的總體強(qiáng)度和穩(wěn)定性造成較大的影響，因此對半剛性連接的特性需做深入的研究，以便在鋼框架設(shè)計中按照實際的半剛性連接來考慮。1半剛性連接類型5見下圖[2]（1）頂?shù)捉卿撨B接(2)雙腹板頂?shù)捉卿撨B接(3)雙/單腹板角鋼連接(4

3、)短T型鋼連接(5)外伸端板連接(6)平齊端板連接矮端板連接圖一半剛性連接類型2半剛性連接的受力性能及特性2.1半剛性連接的受力性能以單跨梁作為分析對象分析半剛性鏈接的受力性能。在均布荷載q的作用下，梁兩端的連接分別是剛接、鉸接和半剛性連接，梁的跨度為L。按照結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法，剛接時梁端彎矩為qL2/12，跨中彎矩為qL2/24，跨中最大撓度為qL4/384EI；鉸接時梁兩端彎矩為0，跨中彎矩為qL2/8，跨中最大撓度為5qL4/384EI；半剛性連接時，梁兩端彎矩為0＜M端＜qL2/12，跨中彎矩為qL2/24＜M中＜q

4、L2/8，最大撓度為qL4/384EI＜fmax＜5qL4/384EI；也就是梁端彎矩、跨中彎矩及最大撓度的大小取決于半剛性連接的剛度。2.2半剛性連接的特性半剛性連接M—θ曲線的特性所有半剛性連接的M—θr曲線，均處于理想剛接（豎軸）和理想鉸接（水平軸）之間。5彎矩相同時，連接的柔性愈大，θr值愈大。反之，對于指定的θr值，柔性大的連接就在相鄰的連接間傳遞的彎矩少。M—θr關(guān)系曲線在加載過程中呈現(xiàn)出明顯的非線性特性。在M—θr曲線中切線斜率逐步減小，即連接的初始剛度Rki大于切線剛度Rkt。連接的極限彎矩承載力在較為柔

5、性的連接中降低。圖二半剛性連接彎矩轉(zhuǎn)角曲線一般來講引起半剛性連接非線性特性的因素有很多，主要是由其構(gòu)造所決定的。主要因素（a）連接組合的材料本身不連續(xù)，螺栓、型鋼等組成連接，且它們之間存在縫隙，這就導(dǎo)致在不同加載階段，各組件之間會產(chǎn)生滑移和錯動。（b）在加載過程中由于應(yīng)力分布不均比較嚴(yán)重，所以會引起節(jié)點組件的局部屈曲。（c）組件因承受集中應(yīng)力導(dǎo)致應(yīng)變分布不均勻。圖三半剛性連接的彎矩轉(zhuǎn)角特性（d）梁柱連接處腹板的的局部屈曲。（e）在外荷載影響下整體的幾何變形。5對半剛性連接確定合適的連接剛度是至關(guān)重要，一般不宜采用初始連接

6、剛度作為連接的剛度值，因為初始連接剛度是連接剛度的上限。由于連接的非線性，在加載過程中連接的剛度會小于初始剛度，這樣就偏于不安全。3半剛性連接對鋼框架穩(wěn)定性影響梁柱間連接為半剛性，則梁柱間的轉(zhuǎn)角不再相同，即截面斜率不再連續(xù)，假定在梁柱間加上一個螺旋彈簧，假設(shè)該彈簧的轉(zhuǎn)動剛度為，取為連接的彎矩—轉(zhuǎn)角曲線與梁線的交點處的割線剛度?？蚣軅?cè)移失穩(wěn)設(shè)柱端產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，柱端轉(zhuǎn)角為，且，梁端轉(zhuǎn)角為且螺旋彈簧的轉(zhuǎn)角為且，則三者的轉(zhuǎn)角關(guān)系如下(1)按照結(jié)構(gòu)力學(xué)可知梁端彎矩為已知轉(zhuǎn)動彈簧的彎矩與相同，彈簧的轉(zhuǎn)角為，代入（1）式得因為因此因此只要

7、將梁的線剛度乘以折減系數(shù)即為考慮半剛性連接對框架有側(cè)移失穩(wěn)的影響。無側(cè)移失穩(wěn)設(shè)柱端產(chǎn)生轉(zhuǎn)角且，梁端轉(zhuǎn)角為且，螺旋彈簧的轉(zhuǎn)角為，且則三者的轉(zhuǎn)角關(guān)系如下（2）按照結(jié)構(gòu)力學(xué)可知梁端彎矩為5轉(zhuǎn)動彈簧的彎矩與相同，彈簧的轉(zhuǎn)角為，代入（2）式得因為，因此為考慮半剛性連接剛度對鋼框架無側(cè)移失穩(wěn)的影響。4結(jié)論設(shè)計時考慮梁柱連接的半剛性是非常有必要的，因為連接的半剛性使得梁的彎矩和撓度不像鉸接和剛接那么極端。而且半剛性連接施工方便，構(gòu)造簡單。但是由于影響Kz的因素比較多，確定Kz就比較繁瑣，需要大量的試驗數(shù)據(jù)去擬合和精度較高的彎矩—轉(zhuǎn)角曲

8、線，半剛性連接降低了梁柱的穩(wěn)定性，設(shè)計時應(yīng)予以考慮。參考文獻(xiàn)[1]陳惠發(fā).鋼框架穩(wěn)定設(shè)計.上海世界圖書出版公司.2001.264~268.388~395[1]王新武.鋼框架半剛性連接性能要求，武漢理工大學(xué)學(xué)報2002.11.第24期[3]童根樹.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法.中國建筑工業(yè)出版社.2007.105~107[4]陳紹蕃