半刚性连接钢框架稳定分析与优化设计

摘要

在钢结构实际工程中,节点并不是铰接或刚接,而全部是半刚性节点,其处于铰接与刚接之间,能够传递部分弯矩。但是在结构建模计算中,并没有考虑半刚性问题,因此实际与计算的会有差距,有时甚至会得出错误的结论。本论文主要研究了半刚性连接多高层钢框架结构在荷载作用下的侧向位移。主要做了一下几个方面的工作:
　　 ①.论文首先对半刚性节点的类型与特性进行了介绍,进而对国内外几种半刚性连接的非线性M-θr关系曲线力学模型进行了对比分析,而后通过大量的己做过的试验数据,得出了半刚性连接节点的弯矩承载力与其节点的初始转动刚度的计算公式。通过公式的对比分析我们发现半刚性节点的弯矩与转动刚度与刚接有较大的区别,同时可以发现由于其与刚接相比节点内力传导的方式不同,可知会对框架结构的侧向位移有较大的影响。
　　 ②.利用结构分析软件sap2000建立了的10层2跨钢框架模型,并先分别建立了刚接与半刚性连接的节点钢框架;由计算的结果,可对比分析出,当相同的钢框架采用不同的框架模拟时会得出不同的结论。当采用理想刚接时钢框架的侧向位移满足规法的要求,而用软件模拟更接近实际工程的半刚性节点时,框架的侧向位移超出了规范的限值,即结构不能满足正常使用状态下的要求。
　　 ③.当钢框架利用半刚性节点模拟计算不能满足规范要求时,进一步提出了3种对结构的节点进行优化设计的方法。其一是改变节点的刚度,此种方法可以通过改变节点板的构造措施来实现,例如改变端板的尺寸,调整端板的厚度与螺栓的数量;其二是在梁与柱之间增加斜撑,通过增加斜撑来改变钢框的整体刚度,从而来减小框架的侧向位移。其三是在端板的翼缘加腋,利用翼缘加腋可以提高端板的转动刚度,提高端点传递弯矩的能力。
　　 通过研究,本文提出了钢框架的设计中节点简化计算的不足之处,由于半刚性与刚性节点的转动刚度的不同其对结构的设计计算有重大的影响,并针对结构的侧向位移比较了刚性与半刚性节点对其产生的不同结论;并提出3种方法对半刚性的节点进行了优化设计。本文的研究可以对以后钢结构工程中的设计提供参考意义。