考虑二阶效应的半刚接钢框架内力分析

摘要

在钢框架的传统分析中，一般将框架的梁柱连接假设成理想铰接或完全刚接。前者意味着梁柱之间不能传递弯矩，后者假定框架受载变形后，梁柱间的夹角保持不变。对连接性能的这种理想化假设简化了钢框架的分析和设计过程，却不能反映结构工作的实际情况，计算结果误差很大，有时甚至会得到错误的结论。 本文的目的就是为半刚性连接钢框架的设计提供一种既符合工程实际又简便易行的计算方法，同时也将促进半刚性连接钢框架设计技术的发展，为提高结构安全性能、节省工程成本发挥应有的作用。本文认为在目前计算机发展水平较高的情况下，应对钢结构连接的实际工作性能做出评估，使钢结构的设计水平与实际相符。因此分析了半刚接有侧移钢框架的二阶效应，推导了杆件几何非线性的单元刚度矩阵，建立了考虑节点半刚性和几何非线性影响的计算模型，用解析方法推导出单元刚度矩阵并进行适当简化，求解杆件的内力和位移，可以获得满足工程精度要求的计算结果，计算分析表明：在相同荷载作用下，有侧移半刚接钢框架水平位移比刚接框架大。半刚性节点连接的柔性增大了结构构件的P-△效应，对半刚性连接钢框架的工作性能有较明显的影响。因此，钢框架设计要充分考虑不同类型节点半刚性特性和二阶效应的影响因素。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2钢框架梁柱连接的研究现状及发展

1.2.1刚性节点研究现状

1.2.2半刚性节点研究现状

1.3钢框架梁柱连接的研究方法

1.3.1钢框架梁柱节点的研究方法

1.3.2半刚接钢框架受力性能分析

1.3.3连接数据库

1.4各国规范对半刚性钢框架计算规定

1.4.1美国规范

1.4.2欧洲规范

1.4.3中国规范

1.5研究的目的和意义

1.6本文研究的技术路线和内容

1.7本章小结

第2章梁柱连接的类型及性能

2.1刚性连接类型

2.2铰接连接类型

2.3半刚性连接的类型

2.3.1单腹板角钢连接和单板连接

2.3.2双腹板角钢连接

2.3.3上下翼缘角钢连接

2.3.4带双腹板角钢的上下角钢连接

2.3.5外伸端板连接和平齐端板连接

2.3.6矮端板连接

2.4半刚性梁柱连接的M-θ力学模型

2.4.1线性模型

2.4.2多项式模型

2.4.5幂函数模型

2.4.6强化双线性分析模型

2.4.7有限元法的模拟

2.5本章小结

第3章半刚性连接钢框架梁柱单元非线性刚度方程

3.1引言

3.2基本假定

3.3连接模型

3.4半刚性节点连接的刚度

3.4.1高强螺栓外伸端板连接的初始刚度

3.4.2翼缘角钢连接的初始刚度

3.4.3翼缘腹板角钢连接的初始刚度

3.5半刚性连接的单元刚度矩阵

3.6考虑二阶效应的半刚性连接的单元刚度矩阵

3.6.1钢框架单元刚度方程

3.6.2广义梁单元的单元刚度方程

3.6单元固端力的推导

3.6.3广义柱单元刚度矩阵

3.7本章小结

第4章半刚接框架结构非线性方程的求解

4.1结构的整体刚度方程

4.2.1增量法

4.2.2 New-Raphson法

4.2.3修正的New-Raphson法

4.3软件编制思路

4.3.1计算模型的选择

4.3.2关于杆件及结构的假定

4.3.3编程过程及计算步骤

4.3.4分析计算程序及算例分析

4.4在横向及竖向荷载作用下半刚接钢框架的性能

4.5连接半刚性和二阶效应对结构内力和水平位移的影响

4.5.1对内力的影响

4.5.2对水平侧移的影响

4.6本章小结

第5章结论与展望

5.1结论

5.2半刚性连接刚架研究工作的展望

参考文献

致谢