钢框架半刚性节点动力分析与性能优化

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改革开放前,我国的经济发展非常缓慢,多高层建筑主要是钢筋混凝土形式,而随着我国钢结构建筑产业的不断发展,并且钢结构具有强度高、整体刚性好、塑性变形能力强等优点,同时也是一种理想弹性体,在工程力学中有很大的用途,主要是用来假定基本的工程力学的特性,使得多高层钢框架结构的应用越来越多,越来越广泛。但是在传统的钢框架设计中,梁柱节点一般都被看成是完全的刚性或者是铰接的形式,这是简化了梁柱节点的分析和设计的过程的结果。但是在实际的工程中,如果只考虑了刚性连接,则是夸大了节点的约束的性能;如果只考虑了铰接连接,则是忽略了节点约束的性能。实践表明工程上的节点是半刚性的,它的连接性能处于刚性和铰接之间,在荷载作用下,可以传递一定弯矩而同时又产生一些的变形,实际上发生的是半刚性非线性变形,这种变形实质上改变了结构的反应特性。它对钢框架的力学行为有非常重要的影响,因为半刚性节点具有较强的变形和耗能能力,在地震作用下能够抵抗一定的地震荷载。因此我们在进行钢框架设计和分析的时候,要考虑半刚性节点对结构力学的影响。本文中主要研究了高层钢框架结构在刚性连接和半刚性连接的基底剪力和侧向位移的分析对比,以及在半刚性节点不符合规范的条件下对其的各种优化。本文简要的介绍了半刚性连接国内外的现状、基本理论、连接的类型和特性、半刚性连接端板的初始刚度的计算方法以及半刚性连接的弯矩-转角曲线等内容,然后根据计算方法来计算节点的初始转动刚度。采用有限元分析软件SAP2000来建立刚性连接和半刚性连接框架模型,分别对钢框架进行模态分析、反应谱分析和在两种地震荷载作用下的时程分析。得出计算的结果:将半刚性连按照刚性连接来考虑,对抗震设计造成了很大的误差,因此在设计的时候不可忽略连接柔性对结构的动力性能产生的影响,即要考虑弹簧节点的影响。当采用刚性连接的钢框架结构时的侧向位移满足规范的要求,而用软件模拟的半刚性连接的钢框架,它的位移超过了规范的要求。因此要对半刚性连接的情况进行优化设计,其一是改变节点的刚度,其二是分别梁柱之间增加斜撑,改变钢框架的整体的刚度。最后,得出结论并对半刚性钢框架的研究工作提出了展望以及对以后钢结构工程中的设计提供参考意义。
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