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随着我国经济的发展和国家对绿色建筑的大力提倡,钢结构在国内得以快速的发展。对于钢结构来说,梁柱连接的性能直接影响了结构的极限承载力、结构的刚度、结构的稳定性和构件内力的分布。然而,在传统的钢结构设计中,人们通常把梁柱节点假设为完全刚接或铰接。这种假设虽方便了设计,但由于大部分的梁柱连接实际上都处于这两种节点之间,即半刚性连接,因此这种假设不能完全反映结构的特性。所以有必要对此进行深一步的研究,以完善我国钢结构规范,与国际接轨。
本文首先介绍国内外在半刚性连接和半刚性钢框架领域的研究现状和主要的研究方法;引入半刚性连接的主要数学模型,并对陈惠发的幂函数模型进行应用。
接着在经典的梁柱理论的基础上,对平面半刚性钢框架梁的刚度矩阵、半刚性梁的固端弯矩和剪力进行了重复推导,在此基础上,又介绍了空间半刚性梁单元的刚度矩阵,阐述了有限元中非线性求解的主要方法。
在文章的主体部分,首先运用Ansys建立平面半刚性钢框架模型并将其计算结果与收集的试验数据进行对比,证明Ansys模型的合理性;对一四层平面钢框架模型进行一阶弹性和二阶弹性计算,分析节点刚度对结构受力性能的影响;对一三层平面钢框架采取模拟实验,分析不同形式的节点对结构承受水平极限承载力的影响,并证明支撑对半刚性钢框架的有效作用;通过考察柱脚支座的位移对结构的影响,说明半刚性钢框架的优点。
在文章的最后,建立了三个立体钢框架模型,分析不同形式的节点对空间钢框架的受力性能的影响;通过对比,说明楼板对半刚性钢框架的有效作用。