无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析:(Ⅱ)连接转动刚度和算例分析

计算半刚性连续框架柱的有效长度系数时,必须先确定梁柱连续转动刚度。本文提出了计算无侧移框架梁柱连接转动刚度的简化方法:用梁线理论和弯矩-转角曲线确定切线连接刚度。另外,通过两个算例:门式组合框架和三层两跨组合框架,研究了连接的非线性弯矩-转角特征和荷载水平大小对有效长度系数的影响,比较了本文简化方法、Barakat-Chen简化方法与精确方法计算的有效长度系数。研究表明,本文简化方法具有很好的精确性,可以代替精确方法用于无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析和设计。     

光伏支架柱平面内有侧移失稳计算长度系数研究

光伏支架是一种典型的不等高单层框架,有侧移失稳的光伏支架柱计算长度系数需考虑多方面因素的影响,无法直接套用现有规范公式．综合考虑了光伏支架短柱和长柱的刚度比γ、短柱和长柱的高度比β以及梁柱线刚度比K1的影响,进行了理论推导,得出了不等高单层框架柱有侧移失稳计算长度系数的计算公式,并制作表格以便工程人员查阅使用．然后以某典型光伏支架实际工程为算例,建立了有限元数值分析模型,并分别进行了线性屈曲分析和考虑几何非线性以及材料非线性的极限承载力分析．分析结果表明,提出的理论公式和计算表格能够精确地计算光伏支架有侧移失稳的极限承载力．     

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.     

复杂排架的侧移和影响矩阵

本文提出变态柱的概念,从而简捷地导得横梁高度多次突变的复杂排架的侧移和影响矩阵公式.用本文公式进行排架的静力和动力分析的特点是:只须将柱子的刚度系数直接代入公式便得排架的侧移、内力和影响矩阵,故比现有方法简便和易于掌握.本文提供了一个避免繁冗的数学推导,简捷地从力学概念推导公式的方法.     

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。     

半刚接钢框架的动力分析

推导了半刚接钢框架动力有限元的质量矩阵和刚度矩阵．建立了具有不同节点初始刚度的半刚接多层钢框架及相应刚性框架的计算模型．采用ANSYS软件进行数值模拟分析，研究了节点刚度对结构自振频率的影响以及结构在谐振荷载作用下的响应，对地震波激励下的结构进行了时程分析．分析结果表明不半刚接框架节点的柔性对结构自振频率产生较大的影响，节点柔性越大，结构自振频率降低也越大，结构的抗震设计应考虑节点柔性的影响；半刚接钢框架顶点位移和柱底剪力时程曲线在地震波激励时间内表现出良好的稳定性，柔性连接可以代替刚性节点用于抗震区的钢框架设计中．     

型钢混凝土偏心受压柱的二阶效应分析

由于型钢增加了柱的侧移刚度, 型钢混凝土(SRC)柱的二阶变形因此比钢筋混凝土柱明显减 小, 其偏心距增大系数已不能采用规范数值. 在理论分析的基础上, 提出SRC柱偏心距增大 系数的两种求解方法, 并以柱的受力特性为依据, 采用以极限曲率为参数的偏心距 增大法推导建立了计算公式. 总结国内其他学者在此方面的研究成果, 算例比较表 明, 所建议公式与已有公式的最大误差小于10{\%}, 其精度较高且便于使用, 可 为工程计算和规范修订提供参考.     

考虑剪切变形的半刚性连接钢框架P-Δ效应研究

在综合考虑剪切变形和梁柱节点连接半刚性影响的基础上,给出了框架柱的抗侧移刚度公式。当不考虑剪切变形时对本文给出的公式进行简化可得到相关文献中的公式,但本文给出公式的应用范围更广。数值算例表明:剪切变形对框架结构的P-Δ效应影响显著,与不考虑剪切变形相比,考虑剪切变形的影响所计算的层间侧移的差值已超出工程上可接受的5%的误差范围;剪切变形降低了结构的抗侧移刚度,增大了层间侧移值,应引起高度的重视。本文所编制的计算表格不仅可供工程设计人员用于前期方案阶段的估算,而且可作为对平、立面均规则的钢框架结构电算结果的校核程序使用。     

冷成型钢住宅结构的蒙皮效应研究

以整体结构在风荷载下侧移超过规范容许值和连接件发生破坏作为判断标准,对蒙皮(墙板)的抗剪性能进行了研究.首先以一单层冷成型钢排架为研究对象,考查其在面内荷载作用下可能出现的破坏模式.在此基础上以5层冷成型钢框架结构为例,分析其在控制荷载(风荷载)作用下的受力情况.通过比较传统柱间支撑和蒙皮这两种构造的框架整体侧移刚度,发现在螺钉连接方式和间距合理的前提下,蒙皮完全可以取代支撑.通过改变螺钉的间距和螺钉的连接方式(每波连接、隔波连接)以及板的厚度,对该5层框架的受力和侧移进行参数分析,给出了在不同板厚条件下获得理想蒙皮抗剪效果的连接方式:对于0.6mm板,螺钉与框架柱只能采用每波连接方式,并且跨度方向螺钉间距不能大于250mm;对于1.0mm板,跨度方向螺钉间距小于等于500mm,而且可以采用每波或隔波连接方式.建议在实际工程中螺钉应尽量采用每波连接方式.     

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。     

在水平荷载作用下高层建筑结构空间协同工作内力分析的矩阵方法

本文对由框架、剪力墙(壁式框架)和框架-剪力墙等抗侧力结构组成的高层建筑结构在任意水平荷载作用下,考虑空间协同工作,使用矩阵位移法和矩阵力法相结合的矩阵方法进行内力分析,推导了适合于编制程序的计算公式,介绍了计算程序的粗框图和计算步骤,在编制程序时,把有剪力墙的结构化为等效框架处理,除考虑弯曲变形外,还对柱子考虑了剪切、轴向变形和扭转因素;对     

解算有侧移多层框架柱计算长度系数的电算程序

1.程序的功能 本程序可解算下列有侧移各柱的计算长度系数: (1)单层工业厂房,带有弹性横梁的阶形柱。可为等高厂房,亦可为高低跨处的厂房阶形柱,横梁刚度可为无限大,亦可为横梁与柱铰接。     

新型外包钢混凝土组合梁框架结构抗震性能的试验

为克服型钢混凝土柱-钢梁组合框架结构体系存在的缺点,提出了一种新型外包钢混凝土组合梁-型钢混凝土柱组合框架结构体系。设计制作了一榀一跨两层型钢混凝土柱-外包钢砼梁的组合框架结构模型,并通过施加恒定竖向荷载和低周反复水平荷载,对模型框架进行了抗震性能试验研究。结果表明,基于现行规范及作者新研究外包钢组合梁计算理论所设计的型钢混凝土组合框架在地震时能形成梁铰破坏机制,框架的变形能力、承载能力、延性、耗能能力等均满足延性框架的抗震要求,且模型框架的有效延性系数达到了7.93。可见,新型型钢混凝土组合柱-外包钢混凝土组合梁框架结构的抗震性能优于钢框架结构和型钢混凝土柱-钢梁框架结构,可在高层建筑中应用。     

钢框架中组合楼盖的面内变形

为了研究影响钢-混凝土组合框架中组合楼盖隔板性能的因素,以楼板厚度、框架侧移刚度以及结构平面刚度布置为参数对钢框架中的组合楼盖进行了弹性有限元分析．分析结果表明,除长宽比外,组合楼盖的隔板性能还与其面内刚度以及支撑体系的特性有关．根据分析结果提出了组合楼盖隔板性能的评价方法, 并与试验结果进行了验证．该方法可以为工程实践中评价组合楼盖的隔板性能作参考．     

PVC-FRP管混凝土柱组合抗压刚度理论分析

为研究PVC-FRP管混凝土柱的组合抗压刚度,应用弹性力学中的位移变分原理,对PVC-FRP管混凝土柱进行小变形下的弹性理论分析。考虑PVC-FRP管和核心混凝土径向位移和纵向应变协调,分别推导出PVCFRP管和核心混凝土的抗压刚度以及PVC-FRP管对核心混凝土套箍系数的理论计算公式。在此基础上,建立PVC-FRP管混凝土柱组合抗压刚度计算理论。分析CFRP条带体积含纤维率,混凝土泊松比以及混凝土强度等级等因素对PVC-FRP管混凝土柱组合抗压刚度的影响规律。理论计算结果与试验值吻合较好。     

基于拉断的Mohr–Coulomb破坏准则的钢筋混凝土框架柱倒塌失效模式研究

为研究钢筋混凝土框架柱塑性铰区的具体破坏形式,本文基于拉断的Mohr–Coulomb破坏准则提出了水平与竖向载荷共同作用下钢筋混凝土框架柱的五种倒塌失效模式,通过高宽比、轴压比等结构参数作为主要影响因素推导、界定了其中三种典型失效模式的发生条件、分布情况,并得知失效模式b是钢筋混凝土框架柱最常见的倒塌失效模式,最后通过文献试验结果验证了上述理论成果,为地震作用下钢筋混凝土框架柱侧移计算以及抗倒塌设计提供进一步的理论基础。     

新型PEC柱(强轴)-钢梁(RBS)组合框架层间倒塌机理试验研究

结构抗倒塌性能是维系结构震后整体性和实现"大震不倒"设计标准的关键所在。为研究新型PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)组合框架结构的层间子结构倒塌机理,按1∶2缩尺比例设计制作1榀组合框架层间子结构试件并进行拟静力抗震试验。基于试验现象记录和测试数据整理,分析了试件的破坏过程、滞回特性、水平抗侧刚度退化、耗能能力、水平侧移模式与塑性破坏机构等抗震性能。研究结果表明:对穿螺栓连接实现了节点区混凝土斜压带传力模式,且梁端截面削弱使梁端出现塑性铰远离节点区,较好满足了"强节点弱构件"的抗震要求;试件位移延性系数μ_u=4.36,最大等效黏滞阻尼比(ζ_(eq))_(max)=0.344,具有较好的抗震延性和耗能能力;试件水平抗侧刚度沿高度分布均匀,呈现理想倒三角形侧移模式;试件最终破坏模式为梁端削弱截面屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构,且其承载力下降到极限承载力85%时,对应层间相对侧移和节点转角均超过罕遇地震作用下层间侧移限值1/30,试件具有良好的抗倒塌能力。     

中柱失效时组合框架压拱效应力学模型分析

钢-混凝土组合梁在正弯矩下的转动中心通常要高于其在负弯矩作用下的转动中心,因此在中柱失效工况下,组合框架中存在压拱效应．针对两榀分别采用了焊接连接和平齐式端板连接的钢-混凝土组合框架进行了拆除中柱的试验研究,记录并详细分析了压拱效应．分析结果表明,无论采取何种梁柱节点形式,组合框架中均存在压拱效应;常规压杆模型无法准确描述压拱效应的效果．提出了一种考虑钢梁下翼缘及部分腹板受拉的桁架弹簧模型,并对该模型的竖向荷载-位移公式和水平位移-竖向位移公式进行了推导,公式结果与试验结果吻合良好．本文提出的桁架弹簧模型及相应变形公式可以很好地预测压拱效应对于整体结构承载力和变形的贡献,为抗连续倒塌工况下组合框架的设计提供了参考．     

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。     

基于组件法的穿心螺栓连接CFST柱节点初始刚度计算

本文基于EC3中的组件法，分析并建立了不同类型穿心螺栓连接CFST柱节点的力学模型，提出了EC3中未涉及的加强角钢的组件模型以及穿心螺栓连接刚度系数计算公式，推导了不同节点的初始刚度计算公式，试验结果和公式结果的对比表明，采用EC3给出的受拉螺栓刚度系数将大大低估穿心螺栓连接CFST柱节点的初始转动刚度，而采用本文所提出的考虑穿心螺栓预紧力的受拉螺栓刚度系数计算公式则与试验结果吻合较好．