H形钢梁与箱形柱刚性连接的极限受弯承载力研究

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钢框架的抗震设计要求梁柱连接的极限受弯承载力要大于相连构件的全塑性受弯承载力。但是在过去,梁柱连接极限受弯承载力的计算只把翼缘连接的作用考虑进去,使得上面的验算条件很难被满足,人们逐渐意识到了考虑腹板连接受弯能力的重要性。对于H形梁与工字型柱的刚性连接,人们可以根据需要把梁腹板划分成受弯区和受剪区;但对于H形梁与箱形柱的刚性连接,由于箱形柱的翼缘会发生平面外变形,情况就变的复杂得多,其腹板连接极限受弯承载力的计算一度是一个世界性的难题,直到日本学者在这个领域取得了突破。采用屈服线理论,不同的日本学者共推导了三个腹板连接极限受弯承载力的公式。本文首先对它们的推导过程做了一个综述,然后采用有限元方法对它们进行验证。结果显示有限元分析得到的腹板连接极限受弯承载力总是要小于理论公式的计算结果。这可以用塑性极限分析理论很好地解释,我们都知道屈服线理论服从上限定理,它只能给出真实值的上限,这意味着理论值中最小的那个才是最接近真实值的。通过比较,我们发现立山英二的公式计算结果最接近有限元结果,对工程应用来说也很方便。我国的《高层民用建筑钢结构技术规程》正在修订中,本文建议采用立山英二的公式,而不是照搬日本规定选择吹田啓一郎的公式。除此之外,本文还通过参数分析为梁柱连接的抗震设计提供了一些建议。日本学者的公式只适用于上下焊接孔对称的梁柱刚性连接,因此它并不适合在我国使用。本文仿照立山英二的方法,推导了不对称开孔梁柱刚性连接的腹板连接极限受弯承载力的计算公式。该公式与ANSYS结果符合得很好,可以在实际工程中应用。
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