半刚性连接钢框架结构体系优化设计_何嘉年
框架半刚性连接的研究概述
框架半刚性连接的研究概述
李永泉;何若全
【期刊名称】《哈尔滨建筑工程学院学报》
【年(卷),期】1994(027)003
【摘要】本文概述了近年来国内外研究的钢结构节点半刚性的方法，主要侧重于节点模型，包含节点的梁柱单元模型，文章还对半钢性连接中的一些问题提出了看法。
【总页数】8页(P112-119)
【作者】李永泉;何若全
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TU393
【相关文献】
1.半刚性连接幕墙龙骨框架的力学性能分析 [J], 乔羽;韩汝军;聂志峰;高鹏;曹瑞峰
2.方钢管柱-H型钢梁半刚性连接钢框架静力性能有限元分析 [J], 夏军武;杨晨;祝华权;常鸿飞
3.方钢管柱-H型钢梁半刚性连接钢框架静力性能有限元分析 [J], 夏军武;杨晨;祝华权;常鸿飞
4.半刚性连接钢框架抗震性能数值仿真分析 [J], 赵梦竹;孙建刚;王莎;李嘉明;李想
5.施工过程对主次框架半刚性连接巨型框架受力性能影响 [J], 沈蒲生;孟焕陵;吴晓平
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半刚性钢框架优化设计研究综述
半刚性钢框架优化设计研究综述
宁健豪
【期刊名称】《建筑与装饰》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】钢框架作为一种优良的结构形式,传统设计中一般把梁柱连接简化为两个理想的极端,即完全刚接或者理想铰接,然而连接实际上具有明显的半刚性变形特性。
同时,结构优化是工程界永恒追求的目标,如何得到既安全可靠,又经济节约的优化方案,是结构设计中非常重要的研究课题。
本文梳理了半刚性钢框架优化设计的研究
进展,总结前人的可行之处,以期为后续的研究提供一定的参考。
【总页数】3页(P25-27)
【作者】宁健豪
【作者单位】华南理工大学土木与交通学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.半刚性钢框架优化设计研究
2.基于失效模式的半刚性钢框架结构优化设计
3.钢框架结构半刚性连接节点失效模式控制的设计优化研究
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钢框架半刚性连接整体性能的拟动力试验研究的开题报告
钢框架半刚性连接整体性能的拟动力试验研究的开题报告题目：钢框架半刚性连接整体性能的拟动力试验研究一、研究背景和意义随着城市化进程的加速和人民生活水平的提高，高层建筑的建设成为城市建设中不可或缺的一部分。
钢框架结构由于其高强度、刚度大、施工效率高等特点，成为目前高层建筑最常见的结构形式之一。
而在钢框架结构中，半刚性连接作为重要的节点连接方式，直接影响着结构的整体性能和安全性。
因此，本研究旨在通过拟动力试验的方式，深入研究钢框架半刚性连接的整体性能及其在地震作用下的响应行为，为钢框架结构的设计、施工和使用提供可靠的理论依据和设计指导，对保障城市建设的安全稳定、推动城市高层建筑的发展具有重要意义。
二、研究内容和方法本研究采用拟动力试验的方法，对典型的钢框架半刚性连接节点进行分析测试，主要研究内容包括：1. 半刚性连接的力学特性和失稳形态：通过力学试验和数值计算，探究半刚性连接节点的承载力、刚度和屈曲稳定性等力学特性，分析其失稳形态和影响因素。
2. 钢框架结构的整体性能和地震反应特性：通过拟动力试验，对钢框架结构在地震作用下的响应行为进行评估和分析，探讨半刚性连接节点对结构整体性能和地震反应特性的影响。
3. 设计指导和性能参数修正：基于试验结果，对现行相关设计规范进行评估和修正，提出相应的设计指导和性能参数建议。
三、预期成果和创新点通过本研究，将获得以下预期成果：1. 清晰深入地了解钢框架半刚性连接的力学特性和失稳形态，为优化连接节点设计提供理论支持；2. 全面评估钢框架结构的整体性能和地震响应特性，在结构设计、施工和使用方面提供理论指导；3. 对现行相关设计规范进行评估和修正，提出相应的设计指导和性能参数建议，对提高钢框架结构的安全性和可靠性具有重要意义；4. 对给定的钢框架半刚性连接节点形式和结构参数，研究其失稳性能和地震响应特性，为钢框架结构的优化设计提供科学依据。
本研究的创新点在于：采用拟动力试验的方法深入研究钢框架半刚性连接的整体性能及其在地震作用下的响应行为，在现有研究基础上进一步深挖问题本质，为钢框架结构的安全稳定提供可靠的理论支持和实践推广。
半刚性连接钢框架结构体系优化设计论文
半刚性连接钢框架结构体系优化设计论文半刚性连接钢框架结构体系优化设计研究【摘要】在钢框架设计中，梁柱节点的连接通常需要设计人员在进行具体设计前凭借自己以往的设计经验进行设定，这样设计的弊端在于连接形式的差异对框架结构造成的影响也存在差异性，由此导致框架的整体性能分析就存在不足。
为促进框架结构体系优化设计在实际的工程应用能够发挥其价值，因此在考虑框架整体体系的基础上，对半刚性连接钢框架结构体系优化设计方法的设计思路进行了深入分析，并对主动半刚性连接设计方法的作用进行了细致的探讨和阐述，希望能给同行提供一些参考。
在进行钢框架设计的过程中，通常会假设梁柱连接为完全的钢接或铰接。
但是在钢框架的实际施工中，往往发现钢实际的框架连接效果仅能在两个连接状态之间，在实践中梁柱节点既能够传递弯矩，在梁柱间又会出现一个相对的转角，达不到完全的刚性连接和铰接连接标准，因此将这种实际的刚连接状态称为半刚性连接。
在以往进行钢结构框架设计过程中，钢框架的初始结构体系会被预先进行固定，这样的设计模式没有对半刚性连接的差异对其所造成的框架结构力学性能影响的差异进行考虑，如果固定了框架结构体系的基础上再进行结构设计的工作，那么就难以结构的性能进行整体性的把握，最终的设计结构会存在一定的缺陷。
如今进行工程结构优化的发展已经逐渐成熟，传统的设计模式会因为实际应用中的缺陷被替代，本文结合实际，提出了有效的框架结构设计方法，能对结构优化设计起到的进步有推动作用。
二、主动半刚性连接设计1、主动半刚性连接设计的概念在进行钢结构连接设计时，常将框架的梁柱节点的连接假定成较为理想化的铰接和刚接，标准是当转动的约束只要达到理想化完全刚接的80%，那么可以将之视为刚接；而如果梁柱轴线夹角的变动幅度可以达到理想化完全铰接的90%，那么可以将之视为铰接。
因此，相对而言钢框架的半刚性连接设计就有其自身的特点，但在以往进行钢框架结构设计时，往往没有考虑到：如果钢结构的连接形式存在差异，那么半刚性本构模型就会相应的表现出差异特征，并且对框架结构造成的影响也存在差别。
钢框架结构的优化设计研究
钢框架结构的优化设计研究一、本文概述随着现代建筑技术的不断发展，钢框架结构作为一种重要的建筑形式，已经广泛应用于各类建筑项目中。
然而，在追求建筑美观和实用性的如何优化钢框架结构的设计，以降低成本、提高结构性能、确保安全稳定，已成为当前建筑领域亟待解决的问题。
本文旨在探讨钢框架结构的优化设计研究，通过对钢框架结构的受力性能、稳定性、经济性等关键因素的分析，寻求最佳的设计方案，以期为钢框架结构的未来发展提供理论支持和实践指导。
具体而言，本文将从以下几个方面展开研究：介绍钢框架结构的基本概念和特点，阐述优化设计的重要性和必要性；分析钢框架结构的受力性能和稳定性，探讨不同设计参数对结构性能的影响；再次，结合经济因素，研究如何在满足结构性能要求的前提下，降低材料消耗和工程造价；通过实际案例分析和模拟计算，验证优化设计的可行性和有效性。
通过本文的研究，期望能够为钢框架结构的优化设计提供一套系统、科学的方法论，为建筑工程师在实际工程中提供有益的参考和借鉴，推动钢框架结构在建筑设计中的广泛应用和优化发展。
二、钢框架结构的优化设计理论钢框架结构作为现代建筑的重要支柱，其优化设计理论在提升结构性能、提高经济效益和满足建筑功能需求等方面具有深远意义。
优化设计理论的核心在于通过合理的设计手段，使钢框架在满足安全、稳定和经济的前提下，实现最佳的性能表现。
在钢框架结构的优化设计中，首要考虑的是结构的承载能力和稳定性。
这要求设计者在结构选型、材料选择、截面尺寸确定等方面进行全面考量。
通过先进的计算方法和设计软件，对结构在各种荷载工况下的受力性能进行精确分析，从而确保结构的安全性和稳定性。
优化设计还需要注重结构的经济性。
在满足结构性能的前提下，通过合理的材料使用、截面优化、节点设计等手段，降低结构成本，提高经济效益。
随着绿色建筑和可持续发展的理念日益深入人心，优化设计还需考虑结构的环保性和可持续性，例如采用可再生材料、优化能源利用等。
钢框架梁柱半刚性连接性能研究（土木结构工程专业优秀论文）
出于半剐性连接的初始剐度主要与连接件的抗弯刚度、板厚以及螺栓的分稀位置有关，本文以有柱加劲肋，端扳厚度为２０ｍｍ，排列四排螺栓，并且第ｌ排螺栓与第２｛｛｜＝螺栓、第３排螺栓‘ｉ第４排螺栓Ｉ’ＨＪ距为１２０ｍｍ分和的外伸端板螺栓连接为基本模型，然后分别去掉托加劲肋、增加端极厚度以及改变螺栓分布进行计算。
为了区别这些模型，简单称为：ａ无加劲肋：ｂ有加劲肋、端板厚度２０ｍｍ；ｃ端板厚度２５ｍｍ：ｄ四排螺栓、问距１００ｍｍ；ｅ五排螺栓：ｆ三排螺栓。
部分有限元模型如图３－６。
（ａ）无加劲肋（ｂ）有加劲肋（ｃ）螺栓详图图３－６部分有限元模型３．３２有限元模型计算分析３．３．２．１有无柱加劲肋的外伸端板连接的分析对有柱加劲肋和无柱加劲肋的外伸端板连接分别进行有限元计算。
首先，分析连接节点各个组件的应力变化。
全部荷载分两个荷载步分别施加，第一步施加约束荷载和螺栓预紧力，第二步施扭ｌ竖向位移荷载。
第一个荷载步施加完成后，部分汁算模型的应力分缔如图３－７所示。
ｌ枣ｌ（ａ）Ｏ所示为柱右侧翼缘相对应端板部分，阁（ｂ）为端板，两者的应力分布大致相同，都是螺栓孔周围２～３ｍｍ直径范围内有应力，且越靠近孔应力越大，越远离孔应力越小。
图（ｃ）为螺栓的应力分靠。
螺栓杆的应力分确ｊ是Ｉｈ杆的中问ｌ≈两端逐渐增大，螺栓杆与螺栓帽连接处最大。
螺栓帽的分却～方面是出圆心处逐渐向外递减，另一方面是由靠２９——（ａ）柱右冀缘（ｂ）端板（ｃ）螺栓（ｄ）柱腹板和粱腹板（ｅ）梁上下翼缘图３－７第ｌ荷载步作用下的应力分布云图（ａ）无加劲肋（ｂ）有加劲肋图３－８螺栓的应力分布云图３０——加劲肋柱翼缘的应力增加快慢不同，程度不同，图３－９为柱右侧翼缘的最后应力分布云图。
有无加劲肋粱端板的应力变化过程大致栩同，应力从第１排、第２排螺栓孔附近丌始增长，逐渐扩张到第ｌ排、第２排螺栓的中州部位，随后第３排、第４排巾ｌ－白Ｊ丌始出现应力增长，范ｃｌ；ｌ逐渐扩人。
钢框架半刚性连接研究与分析
钢框架半刚性连接研究与分析摘要：在钢结构设计与分析中，都将框架的梁柱连接节点设计成理想的铰接和刚接。
一般来说，连接对转动的约束达到理想刚接的80%时，就被视为刚接；但当梁柱轴线夹角的改变量在外力作用下达到理想铰接的90%时，即可被视为铰接。
所以，半刚性连接钢框架具有其自身的特点，不能简单地将其简化为理想刚接或铰接。
关键词：钢框架半刚性连接研究性能Abstract: in the steel structure design and analysis of the frame beam-column connection will be joint design ideal of a hinged and just answer. Generally speaking, the connection to the constraints of turning to achieve the ideal just answer 80%, will be seen as just answer; But when the beam axis Angle of change under external force to achieve the ideal of hinged 90% when, can be regarded as hinged. So, semi-rigid connection steel frame has the characteristics of its own, and can’t simply it is reduced to ideal just answer or hinged.Keywords: steel frame semi-rigid connection research performance引言在钢框架设计中,一般假定梁柱连接是完全刚性或完全铰接。
然而无论是在钢框架的施工,还是试验中,各国的学者们都越来越发现实际的钢框架连接方式往往介于两者之间,既不是完全刚性连接,又不是完全铰接连接,呈半刚性连接方式。
水平荷载作用下半刚性连接组合梁钢框架设计
３
Ｇ ０ ５ Ｇ ＝ ． × ４ ＋ ２＋ ２ ＝ ３ Ｎ 田＝ ． ∑ Ｊ ０ ５ （ ７ ５ ５ ） １ ９ ｋ。 ８ ８ ７ ２ ２ ２
Ｊ＝１
［ ］ 杜晓帆． 落文化 景观 的保 护与 可持 续发 展 ［］ 东北林 业 ［ ］ 萧江华． ３ 村 Ｊ． ５ 重视发挥竹林 的生态功能效 益［ ］林 业经济 ，０ １ Ｊ． ２ ０ 大 学 ，０ ７ ４ ：２４ ． ２ ０ （ ）４ ３ （ ） １ — ８ ５ ：６１ ． ［ ］ 李映发 ． 江堰 水利 与 灌 区生 态环 境 ［ ］ 四川 水利 ， ０ ３ ［］ 陈 ４ 都 Ｊ． ２ ０ ６
０ 引言
８ｋ ５ｋ ３ ｎ ４ｋ ０ｋ ３５ 螺 传统的结构设计 方法 中＿ ， 节点假定 为铰接或 刚接 ， 点 １ Ｎ 及 １ ｉ， 层 为 ２ Ｎ 及 １ Ｎ。钢 材 采 用 Ｑ ４Ｂ， 栓 １将 Ｊ 节 ０ ９级 ２ 钢一混凝土组 合楼盖 ， 混凝 土强度 等级 为 Ｃ ０ ￥９ ３ ，１ 特性直接融入结构分析 中， 节点设计根据结 构分析对节点所作 的 １ ． Ｍ２ ， 圆 柱头 焊 钉 作 连 接 件 ， 用 平 端 板 半 刚 性 连 接 组 合 梁 框 架 ， 设 采 试 假定 （ 铰接还是刚接 ） 为设计 的最后 一步来 完成 。虽然 所有框 作 计 该框 架 。 架梁柱节点实际上 都是半 刚性 的 ， 不存 在理 论上 的铰接或 刚接 ，
同类型框架 的经济性比较， 明半刚性连接组合梁框架结构具有较好 的经济性及 应用 前景。 说
关 键 词 ： 刚性 连 接 ， 半 组合 梁框 架 ， 平 荷 载 ， 化 设 计 水 简
中图分类号： Ｕ３８ Ｔ １
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前 言
传统的钢结构框架设计，框架的初始体系形式被 人为地固定，例如框架梁柱构件之间的连接形式（螺 栓连接或焊缝连接）在设计过程中被固定为某一连 接模型形式引入结构分析中，或是假设为理想刚性连 接、或是理想铰连接、或是某一指定的半刚性连接本 构模型。这种传统的设计理念忽略了不同半连接形 式在框架结构力学性能中的影响；在确定了框架结
（1）
公式（1）中，Mi 为框架在荷载的作用下，框架 构件的内力最大值；Mui 为框架构件在相关规范规定
下的极限承载力；
为框架构件内力与
承载力比值的均值。 由上述承载力因子判别准则可以看出，通过分
析框架的承载力因子，可以初步地判断连接形式在 框架结构中的影响作用，从而作出连接形式的拓扑 布置方案的选择。
表 2 框架承载力因子分析结果 Table 2 Bearing capacity ratios
连接方案
方案一
方案二
方案三
承载力因子
1.0
0.332
0.311
上述的讨论只是从不同的半刚性连接选择对框 架结构承载力因子的角度进行讨论；但是，连接半刚 性和框架单元的设计是相互影响的，连接形式的选 择方案影响着框架单元的内力情况，框架单元的刚度 也影响着框架的力学状况，从而影响连接形式的选 择。同时，单从承载力方面判别框架构件间连接的形 式方案情况也是片面的。评价框架性能的角度很多， 除了强度外，还有框架的侧移情况、层间位移情况、 抗震性能等方面。因此，根据框架性能选择框架的 连接形式动半刚性 连接设计是一个非常复杂的过程，传统的设计思路 （假设—校核—再设计）只能得出非常局限的可行解， 并不能真正体现在设计中主动寻求优越的半刚性连 接形式以改善框架结构的力学性能的设计思路。
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土木工程学报
2015 年
接形式。其他层梁柱节点采用带加劲肋端板连接形 式。顶底角钢连接和用带加劲肋端板连接的示意图 如图 2 所示。其中，高强螺栓直径均为 22mm，端
板厚度均为 14mm。半刚性连接的多项式模型参数 按文献 [2~3] 采用。详细见表 1 Frye-Morris 多项式模 型的曲线拟合常数及标准化参数。
构体系形式的前提下进行结构设计，使得结构设计缺 乏宏观的和全面的结构性能评判，设计结果欠缺全面 性和整体性。在结构工程追求更深化、更优化的今天， 传统的设计理念已经逐渐地跟不上结构设计的需求。 本文针对这一问题，提出一种新的框架结构设计方 法，希望通过新的结构设计方法，能对结构设计理 论的发展起到有益的作用。
Fig.2 Beam-to-column connection
由表 2 可见，采用方案一的连接形式，钢架梁 柱单元的内力存在大于极限承载力的情况；采用方 案二和方案三的连接形式，框架梁柱单元的内力均 小于极限承载力，而且采用混合连接形式的方案三， 其框架单元在承载力方面的利用情况比方案二的框 架单元更加充分。
———————————————————— 基金项目：国家自然科学基金项目（51108188）；广东省自然科学基
金重点项目（S2012020011082） 作者简介：何嘉年，男，博士，副教授 收稿日期：2015-03-02
1 主动半刚性连接设计
针对传统的框架结构设计，我们应该注意到：不 同的连接形式，其半刚性本构模型是不一样的，同
Technology, Guangzhou 510641, China) Abstract：Beam-to-column connections of a steel frame structure are determined first in designing for the traditional design way. Structural members are designed according to the internal forces without considering effects of connection types. Therefore, this design is not thoughtful and complete. To get a more proper optimal design, active semi-rigid connection design method is proposed considering the overall structural performances. Beam-to-column connections are treated as variables for a structural modeling and an optimal design. This method is used to model a steel frame. A modification genetic algorithm is proposed. A double-bays-ten-stories steel frame is analyzed by using this new method. Results show that structural members perform sufficient contributions (e.g. bearing capacity), resulting in lower structural costs. This genetic algorithm is proper for this optimal design. Keywords：steel frame; semi-rigid connection; optimal design; genetic algorithm E-mail：hjnhansen@
第 48 卷 增刊 1
何嘉年等·半刚性连接钢框架结构体系优化设计
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时在框架结构中的影响也是不一样的。采用不同的 半刚性连接形式，将会得到不同结构性能分析结果， 则结构设计方案也将随之改变。同时，在相同的框 架结构中，不同的半刚性连接形式组合与采用单一 的半刚性连接形式，其力学影响也是不一样的。因 此，在设计中预先确定半刚性连接形式和本构模型， 将连接形式分离在结构设计之外的做法是缺乏全面 性的。本文提出将半刚性连接形式作为设计变量引 入框架结构设计中，主动寻找半刚性连接以达到改 善结构的力学性能的目的的设计方法，笔者将其称 之为主动半刚性连接设计方法（ASRC：Active SemiRigid Connection）。相应地，传统的在已预定半刚性 连接类型的情况下，进行结构设计的方法称之为被 动半刚性连接设计方法。
An optimal design for steel frame structural systems of semi-rigid connections
He JiaNian1 Wang Zhan2 (1. Guangdong University of Technology, Guangzhou510006, China. 2. State Key Laboratory of Subtropical Building Science, South China University of
图 1 双跨三层钢结构框架 Fig.1 Double-bays-three-stories steel frame
例：某一双跨三层钢框架，节点编号如图 1 所示。 所用梁柱截面情况如下：底层柱：HM340×250×9×14； 中 间 层 柱：HM294×200×8×12； 顶 层 柱：HM 194×150×6×9； 顶 层 梁：HN300×150×6.5×9； 中 间和底层梁：HN 400×150×8×13。钢材为 Q235 钢。 梁柱连接均采用螺栓为 8.8 级摩擦型高强度螺栓，抗 滑移系数为 0.45。框架受到的荷载情况为：均布恒荷 载 g1=g2=25kN/m，均布恒荷载 g3=21kN/m；均布活荷 载 q1=q2=13kN/m；均布活荷载 q3=10kN/m，风荷载集 中力 P1=P2=45kN，风荷载集中力 P3=22.5kN，上述均 为荷载的标准值。
表 1 Frye-Morris 多项式模型的曲线拟合常数及标准化参数 Tabal.1 Frye-morris polynomial parameters
连接类型
顶底角钢连接 带加劲肋端板连接
C1 8.46×10-4 1.79×10-3
曲线拟合常数
C2 1.01×10-4 1.76×10-4
C3 1.24×10-8 2.04×10-4
注：表中的系数按英寸计，在实际操作的时候进行单位换算。
标准化参数
半刚性连接的选择方案对结构的性能有重要的影响， 选用不同的连接形式以及连接形式的不同组合，都 会使框架结构的内力分布发生变化，直接影响了框 架单元对框架的作用水平。
2 主动半刚性连接优化设计
(a) 顶底角钢连接示意图
(b) 带加劲肋端板连接示意图 图 2 梁柱连接示意图
第 48 卷增刊 1 2015 年 6 月
土木工程学报 CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL
Vol.48 S1 Jun 2015
半刚性连接钢框架结构体系优化设计
何嘉年 1 王 湛 2
（1. 广东工业大学，广州广东 510006；2. 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广州广东 510641）
以连接形式为设计变量进行框架结构设计，其 框架体系形式可以有很多种设计结果。具体表现为 各种连接形式的排列组合情况，也就是在框架中拓 扑布置方案。