钢框架端板连接半刚性组合节点性能研究

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随着组合结构的广泛应用,考虑钢筋混凝土楼板和钢梁之间的组合作用也正成为人们越来越关注的研究课题,考虑这种组合作用后,框架应该按钢-混凝土组合框架进行分析设计,其梁柱连接节点半刚性工作性能的分析是这种组合钢框架结构分析的基础。这种组合节点可以通过混凝土板内的纵向钢筋实现组合梁在不同跨之间的连续性,而且通过选择合适的型钢梁柱连接方式和纵向钢筋数量,可以有效地控制节点的刚度与承载能力。但是就目前对组合节点性能及其对整个框架的影响程度的了解,还不足以得出一个可靠的设计方法。因此有必要对半刚性钢-混凝土组合节点受弯承载力、转动刚度和转动能力及其对框架受力性能影响进行全面的研究。本文选取工程中应用较多的端板连接半刚性组合节点作为研究对象,分析了它在静力荷载作用下的工作性能及其对组合钢框架受力性能的影响。主要采用欧洲规范EC3介绍的组件分析方法对节点性能进行分析研究,通过对各组件的受力性能分析计算得出整个节点的抗弯承载力及初始转动刚度,并将计算结果与试验结果及通用有限元分析软件ANSYS的分析结果进行了对比分析,计算结果与试验结果及有限元分析结果吻合较好。同时,本文通过改变节点各个组成部分的几何参数,分析了节点各个几何参数对节点极限抗弯承载力以及初始转动刚度的影响。分析计算结果表明:楼板与钢梁的组合作用对节点的抗弯承载力及初始转动刚度的影响非常大,实际工程中节点设计应当考虑这种组合作用;楼板内纵向钢筋配筋率与柱腹板加劲肋对节点性能影响显著,而连接端板厚度及剪力连接程度的影响则不是太显著。在对节点性能有了了解后,本文进一步对端板连接的半刚性组合平面钢框架进行了理论分析,推导了半刚性连接平面组合钢框架的刚度矩阵及半刚性连接梁单元的固端弯矩计算公式。最后采用ANSYS对一双跨五层组合钢框架进行了结构分析,分析表明,连接节点的半刚性性能对组合钢框架的受力性能有影响,但半刚性组合钢框架的受力性能的主要影响因素是节点约束系数,本文详细分析了约束系数对框架受力性能的影响,指出在组合钢框架设计当中,考虑连接的半刚性性能能使框架内力分配更为合理。本文的计算结果为进一步研究端板连接半刚性组合节点的受力性能以及组合钢框架的设计提供了建议。
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