梁柱节点刚度对门式刚架稳定性的影响

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门式刚架是最常用的轻型钢结构体系,广泛应用于单层工业厂房和民用建筑中。目前,在设计门式刚架的时候一般把梁柱节点看作完全刚接。但是,国内外大量研究成果表明,在门式刚架结构中广泛应用的梁柱端板连接节点应该是半刚性连接。基于完全刚接的设计假定可能会高估刚架的稳定承载能力。与国外现行设计规范相比,我国相关设计规范在计算螺栓端板连接节点的实际刚度和计算门式刚架在半刚性节点影响下的稳定性能两方面均存在不足。本文围绕这些问题,对门式刚架结构的稳定性进行了研究:对国内外端板连接的节点的研究以及设计规范进行了归纳和对比,总结了半刚性连接的特性以及常用半刚性连接模拟方法的优缺点,为对门式刚架结构进行进一步的分析和计算提供理论依据。采用3D有限元模型对高强螺栓端板连接节点进行了模拟,以估算节点试件的实际刚度和承载能力特性。利用有限元对节点建模计算得出的节点初始刚度结果与根据欧洲规范(EC3)计算得出的结果相差不大。采用转动弹簧的形式来模拟半刚性梁柱连接,推导出单层单跨半刚性刚架在弹性阶段的稳定承载力计算公式。当半刚性连接的连接刚度为无穷大或者为零时,所得的公式与按照传统的刚接或铰接假定计算出的刚架稳定承载力计算公式一致。研究了梁柱线刚度比不相同时,梁柱连接节点的刚度对刚架稳定承载力的影响程度。梁柱线刚度比越大,刚架的稳定承载力随梁柱节点刚度的变化越快,节点的刚度刚架稳定承载力的影响程度越大。在梁柱线刚度比较大的时候,应特别注意梁柱节点半刚性对刚架稳定承载力的影响。在现行规范的基础上,提出了考虑节点实际刚度时刚架柱的计算长度系数修正值表。根据该表可较精确的计算出刚架的稳定承载力情况。本文的分析结果表明,门式刚架结构的稳定承载能力受梁柱节点刚度的影响较大。按照完全刚性节点设计将会高估结构的稳定承载力,造成结构不安全。文章最后给出了适合工程应用的设计建议。
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