半刚性连接钢框架的拟动力实验研究

在钢框架结构的设计中, 通常将梁柱节点处理为完全刚接或理想的铰接.但是在实际框架中, 梁柱节点表现出半刚性.目前的实验研究基本都基于结构和构件的静力分析.本文对半刚性连接钢框架结构进行了拟动力实验研究,得出了在地震波激励作用下,半刚性节点初始刚度对钢框架的楼层刚度、基底剪力、楼层位移和楼层加速度的影响.对实验结果进行对比分析可以看出,在结构侧向位移满足的前提下半刚性连接刚度的减弱会引起结构作用效应的降低.实验总结出的节点半刚性对结构动力性能影响的一些结论,将为高层钢结构设计规范的修改提供实验基础.     

半刚性钢框架的内力分析

采用二阶非线性分析方法分析和设计半刚性钢框架，包括连接的柔性以及构件的几何非线性的影响，提出了半刚性钢框架中梁柱单元刚度矩阵和半刚性梁的单元刚度矩阵；推导了半刚性梁在集中荷载，均布荷载，线性荷载作用下的固端弯矩的求解公式；连接的柔性对无支撑框架的侧移有很大的影响，设计时通过变化连接的刚度以平衡梁的跨中和端弯矩。     

考虑节点损伤的钢框架结构分析模型

钢框架结构在强震作用下将进入非线性状态,结构的刚度和强度等力学性能随之降低,从而影响到结构以后的抗震性能.本文利用断裂力学的基本原理,通过对栓焊节点存在焊缝裂纹的钢框架刚性连接节点的分析,推导了裂纹的有效长度和有效深度,获得了有损伤刚性连接节点的M-θ关系;并推导了节点有损伤的梁单元刚度矩阵.在数值计算的基础上分析了节点刚度变化对框架结构内力的影响,结果表明节点损伤对结构内力分析影响显著,对有损伤钢框架结构进行承载力评估时必须考虑节点损伤的影响.     

正常使用极限状态下半刚性连接组合梁框架侧移的简化计算

对于无支撑半刚性连接框架而言,仅依靠梁柱本身的抗弯刚度为整个结构提供必需的水平抗侧移刚度,在满足正常使用要求的极限情况下,很有可能是框架的侧移控制设计而不是其承载力,为了充分理解半刚性连接组合梁框架在水平荷载下的侧移特性,本文采用等效刚度梁的概念,将半刚性连接的框架简化为等效的刚接框架,通过等效刚接框架与实际半刚性连接框架有限元分析结果的比较,表明采用等效刚接框架法能准确预测半刚性连接框架的侧移.半刚性连接组合梁框架中的有关参数对其侧移具有不同的影响,半刚性连接组合梁框架的侧移计算可用等效刚接框架进行简化计算,通过算例验证了建议的简化方法不仅可以使计算大大简化,而且具有工程设计可接受的精度.     

钢结构框架中组合梁等效刚度的确定方法

刚接或半刚性连接的组合梁在荷载作用下,在梁的长度范围内既有正弯矩作用段,又有负弯矩作用段,由于组合梁截面在正弯矩作用和负弯矩作用下截面抗弯刚度不一致,因而在弯矩为零的点处梁的截面抗弯刚度发生突变,而组合梁框架分析的关键是确定组合梁刚度突变分界点的位置及确定在整体分析中所采用的等效梁的刚度。本文根据应变能相等的原理对钢结构框架中组合梁的等效抗弯刚度进行了研究,推导了其等效刚度的表达式,并给出不同荷载作用形式下刚接框架组合梁等效刚度简化计算公式,为组合梁钢框架的整体分析提供了便利。最后分析了水平荷载以及梁柱连接特性对组合梁等效刚度的影响,分析结果表明,采用本文提出的组合梁等效刚度进行半刚性连接框架整体分析偏于安全。     

钢框架-混凝土剪力墙混合结构连续化计算方法

提出了钢框架-混凝土剪力墙混合结构体系的一种连续化的计算方法，该方法考虑了这种结构中钢框架部分节点柔性连接，推导了考虑节点柔性连接时，钢框架-混凝土剪力墙混合结构中钢框架部分的层抗侧刚度．     

竖向载荷对半刚性连接钢框架抗震性能的影响

利用拟动力试验对T 型钢半刚性连接钢框架在2 种地震峰值加速度下的抗震性能进行研究, 并对比分析了钢框架在柱顶施加竖向载荷和无竖向载荷等2 种工况下的应变、位移和载荷变化, 以及载荷-位移滞回曲线. 结果表明: T 型钢半刚性连接钢框架具有较好的变形能力, 滞回性能良好, 抗震能力较强, 且随着地震作用的增大, 钢框架的动力反应增大; 竖向载荷对钢框架的层间位移反应影响较大, 而对节点区域的应变和层间载荷的影响较小.     

双材料单伸臂叠合梁的界面滑移与自振特性分析

将叠合梁划分为接触区和分离区,接触区界面间的摩擦作用会对叠合梁的滑移、刚度和自振频率产生影响。本文给出了单伸臂叠合梁在均布荷载和集中力作用下,考虑叠合界面摩擦作用的滑移应变和滑移分布的表达式;推导了考虑叠合界面间摩擦力及摩擦力产生的抵抗弯矩共同作用下的截面刚度。假设梁按等波长和等刚度两种形式自由振动,运用传递矩阵法推导出了单伸臂叠合梁自振频率的计算公式。最后,基于一个钢-混凝土组合与叠合试验梁的算例分析了滑移沿梁长的分布及自振频率。结果表明:随界面间摩擦系数的增大,接触区界面的滑移值逐渐减小;摩擦效应对叠合梁自振频率的影响随阶次的升高越来越明显。     

精确频率约束下框架结构的尺寸优化

本文研究受到频率约束的框架结构优化设计问题,采用基于Bernoulli-Euler梁的动力刚度法求解框架结构的自振频率,采用W-W算法精确求解自振频率及频率对设计变量的灵敏度.分析比较了将框架结构的杆件按普通静刚度梁单元和动力刚度梁单元分别建立计算模型时得到的频率分析结果.以杆件面积为设计变量,以结构重量为优化目标,对基频约束下的框架结构进行了尺寸优化,比较了节点集中质量对优化结果的影响.通过2个数值算例,验证了动力刚度阵法在框架结构频率性能分析与优化设计中的适用性,并具有较高的计算精度.     

钢框架翼缘削弱型和扩翼型节点受力性能研究

采用翼缘削弱型节点及扩翼型节点可以使塑性铰外移,缓解梁柱节点连接处应力集中,避免在焊接热影响区发生脆性破坏.针对削弱型节点、扩翼型和普通刚性节点进行了数值分析,结果表明:削弱型节点由于梁翼缘削弱,导致节点承载力降低,扩翼型节点增加了梁端翼缘板宽度,承载力高于削弱型节点和普通刚性节点.通过计算模型分析了节点的设计参数,并给出节点设计参数取值范围,为钢框架节点抗震设计提供理论分析依据.     

平面杆系结构静力分析的统一模型

从平面杆单元的经典刚度方程出发，在引入基本假定的基础上由严格的数学方法得到了平面杆系结构的统一计算模型．当该模型中的有关参数取特殊值时可直接得到理想的衍架模型和刚性连接模型，而且可用于具有任意半刚性连接和混合结点的一般杆系结构的静力分析．     

基于遗传算法的半刚性连接钢框架设计

采用基于小生镜技术的遗传算法,对半刚性连接钢框架进行优化设计,针对其早熟现象和局部搜索能力差的缺点改进遗传算法。使用自适应策略改进交叉与变异算子。建立半刚性连接钢框架优化设计数学模型,编制了基于遗传算法的优化设计程序。运用这一优化算法可以直接从型钢截面表中选取截面,并在优化设计过程中考虑了连接可变性和二阶效应的影响。通过几个设计实例表明,考虑几何非线性会使用钢量增加,有支撑的情况下,半刚性连接较刚接用钢量经济。     

节点连接刚性对门式刚架结构承载能力的影响

分别按《建筑结构荷载规范》（GBJ9－87）和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102。98）附录A的荷载规定对一门式刚架中摇摆柱节点连接刚性对结构承载能力的影响进行了分析。在分析中引入了节点弹簧单元,使摇摆柱与横梁的连接节点刚性从完全不考虑刚性（即铰接）到半刚性连接直至完全刚性连接之间变化,发现当适当考虑节点的连接刚性时,部分构件的内力将与完全忽略节点连接刚性时有较大差别,而与节点完全刚性连接时的内力比较接近,考虑工程实际情况,指出在结构分析中,将非刚性连接节点分别按铰接和半刚性连接处理,按最不利情况进行结构设计,对保证结构的可靠性是非常必要的,通过对比按两种荷载规定计算的结果发现,按前者分析的结果较后者的大很多,即前者的规定较后者保守。     

Investigating effects of various base restraints on the nonlinear inelastic static and seismic responses of steel frames

This paper deals with effects of various base restraints on the nonlinear inelastic static and seismic response of plane and space steel frames. The inelastic behavior is captured by a plastic fiber beam-column method, in which the beam-column member is monitored by integration points along the member length, and the cross-section is meshed into several sub-sections. The second-order effects are considered through the use of stability functions and the geometric stiffness matrix. The effect of shear deformation is also taken into account. The column-base restraint is simulated by using a multi-spring connection element developed by authors. The independent hardening model is employed for performing hysteretic loops of rotational springs under seismic loadings, whereas mathematical models are adopted for representing moment-rotation curves of those springs under static loadings. The accuracy and efficiency of the proposed program are compared with an experimental test, numerical examples of previous studies or SAP2000 commercial software. The results show significant differences of steel frames with various base restraints. Nonlinear semi-rigid base restraints perform strongly damping ability due to energy dissipation through moment-rotation hysteretic loops.     

钢管混凝土柱-钢梁节点的力学性能分析

基于弹塑性有限元理论建立了钢管混凝土柱-钢梁节点荷载-位移全过程非线性有限元模型,在单元分析中采用改进的AUL表述推导得到梁柱单元刚度矩阵方程,同时考虑了材料的物理非线性和单元的几何非线性,并编制了非线性有限元程序NLFEACFST。采用该模型对相关研究者和作者进行的节点试验进行了分析,理论计算结果与试验结果比较表明,该模型具有很好的适用性和精度。在理论分析模型得到试验结果验证的基础上,对典型的中柱节点进行了荷载-位移全过程非线性特性分析,并对影响节点承载力和荷载-位移骨架曲线的因素进行了参数分析,为进一步从理论研究钢管混凝土框架结构的力学性能创造了条件。     

SEISMIC PERFORMANCE OF STEEL STRUCTURES WITH REDUCED BEAM SECTION CONNECTIONS

采用有限元方法对翼缘削弱型节点钢结构的抗震性能进行了研究,通过模态分析和动力时程分析,详细分析了框架的周期、结构动内力、动应力以及塑性变形区的发展规律等,并和普通节点框架的计算结果进行对比. 研究结果表明：在小震下,翼缘削弱型节点的抗震性能并不理想,但在大震下,表现出了良好的抗震性能,塑性变形出现在梁端削弱处,塑性应变增加,柱底剪力和顶层位移均比普通节点框架的小,建议在强震区推广使用翼缘削弱型节点.