平端板半刚性连接钢框架二阶分析及设计方法研究

摘要

钢结构住宅体系是未来住宅产业化道路的发展方向，而半刚性连接钢框架结构由于其连接方便、适于工厂化制作、造价低、抗震性能良好等特点，是适用于钢结构住宅特点的一种结构形式。截止目前，半刚性连接钢框架结构应用于实际工程的较少，究其原因主要是相关的分析和设计方法复杂，改进现有的半刚性连接钢框架结构设计理论具有很强的实用价值和重要的理论意义。
　　本文依据《端板式半刚性连接钢结构技术规程》（CECS260-2009）的计算原理，提出修正的钢筋抗拉承载力折减系数，以考虑负弯矩区组合节点两侧钢筋不平衡受力问题。利用Matlab结合试验数据，给出了不同情况下钢筋抗拉承载力折减系数的建议取值，以完善半刚性连接组合节点弯矩-转角曲线关系的计算方法。利用SAP2000计算分析不同的割线刚度和精确的弯矩-转角关系，选出适用于工程设计的割线刚度。并在以上结论的基础上，利用SAP2000进行半刚性钢框架的二阶弹性分析设计计算。本文的主要具体工作如下：
　　（1）利用规程计算原理，提出钢筋抗拉承载力折减系数，以考虑边、中节点在负弯矩作用下的受力性能，并结合多个试验数据给出了不同情况下钢筋抗拉承载力折减系数的建议取值；并依据上述结论进行主要计算参数对节点性能影响的参数化研究。
　　（2）分别在竖向荷载作用下建立六层、九层、十二层单跨梁的简化模型；在水平荷载作用下建立六层、九层、十二层整体平面框架模型，对比分析了不同割线刚度和精确的弯矩-转角关系之间的误差值，提出了适用于简化弯矩-转角非线性关系的合理线性割线刚度。
　　（3）分别建立高跨比为1.5、2.25、3的半刚性钢框架分析模型，在风荷载和地震荷载组合作用下，研究二阶效应对刚性钢框架，连接刚度为K2.5和K的半刚性钢框架的水平侧移以及内力的影响。
　　（4）给出半刚性连接钢框架设计流程，并将二阶弹性计算方法和传统的计算长度系数法进行对比，分析了两种计算方法对半刚性连接钢框架设计的影响。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 梁柱半刚性连接节点形式及研究现状

1.3 半刚性连接钢框架研究现状

1.4 半刚性钢框架的分析设计方法

1.5 本课题研究的主要内容

2 平端板半刚性连接组合节点弯矩-转角关系研究

2.1 弯矩—转角关系数学模型概述

2.2 三参数幂函数模型关键参数研究

2.3 负弯矩区钢筋抗拉承载力折减系数取值研究

2.3 各主要参数对负弯矩区节点性能的影响

2.4本章小结

3 非线性弯矩-转角关系的线性简化研究

3.1 各国规范和学者确定的线性割线刚度取值

3.2 各割线刚度对比分析研究

3.3本章小结

4 半刚性钢框架二阶分析方法对比研究

4.1 引言

4.2 有限元模型的选取

4.3 二阶效应对刚性框架与半刚性框架分析结果对比

4.4 不同高跨比对半刚性框架计算结果对比分析

4.5 本章小结

5 半刚性钢框架设计方法研究

5.1 半刚性钢框架设计方法流程

5.2 规范推荐的二阶设计分析方法

5.3 半刚性钢框架二阶弹性分析校核验算

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文与研究成果