半刚性节点钢框架-十字加劲钢板剪力墙结构的数值分析
钢框架半刚性节点发展综述杨子仪
钢框架半刚性节点发展综述杨子仪发布时间：2021-07-28T11:56:23.137Z 来源：《基层建设》2021年第14期作者：杨子仪[导读] 钢框架梁柱节点受力复杂、变形严重和传力路径不明确等问题。
据震害结果表明，钢框架梁柱节点处是建筑结构的薄弱之处广州大学土木工程学院广东广州 510006摘要：钢框架梁柱节点受力复杂、变形严重和传力路径不明确等问题。
据震害结果表明，钢框架梁柱节点处是建筑结构的薄弱之处，在地震作用下发生重大的破坏。
结合近年来有关钢框架梁柱半刚性节点的研究资料，对钢框架半刚性节点进行总结分析。
关键词：钢框架；半刚性节点；地震作用一、引言地震作为人类面临的最大自然灾害之一，地震灾害具有坏灭性、随机性和不可预测等特点，对人类的生存和经济社会的发展都造成了重大威胁。
在地震作用下，对钢结构而言，梁柱连接节点是结构的易损区域。
钢框架结构梁与柱的节点连接形式通常由栓接连接焊接的形式，曾经被人们一致认为焊接梁柱节点具有良好抗震性能。
然而，在1994年美国的Northridge地震[1-3]与1995年的日本阪神地震中[4]，在震后调查中，发现许多受害严重的建筑结构梁柱节点上存在脆弱性破坏。
特别是梁与柱翼缘连接处的焊缝区，大多节点在很低的塑性水平下出现了脆性断裂，从而揭示了节点的脆性破坏是焊接连接存在的缺陷。
为避免钢框架节点处发生脆性破坏，国内外专家学者提出将梁柱节点的塑性铰移至远离近柱端的粱截面上的设计方法，并设计出一系列的钢框架半刚性连接节点。
此类节点既可以传递弯矩，又能在梁柱之间产生一定的转角，正是处于传统铰接节点与完全刚接节点之间。
通过大量的理论、实验研究，以及相关的实际工程在地震中的效果。
结果表明，此法有效的转移塑性铰的位置，从而保护结构。
近年来，考虑结构的震后可修复性、破坏部件的可更换性，传统的钢框架半刚性节点存在不易更换和修复的问题，新型钢框架梁柱连接节点成为了研究的热点，新型半刚性节点既可以实现转移塑性铰位置，又有利于震后修复和更换的目标。
半刚性框架—钢板剪力墙结构抗震性能研究
半刚性框架—钢板剪力墙结构抗震性能研究半刚性框架—钢板剪力墙结构抗震性能研究摘要：钢板剪力墙是一种新型的抗震结构体系，具有较好的刚性、稳定性和适应性。
本研究通过理论分析和数值模拟，研究了半刚性框架—钢板剪力墙结构在地震作用下的抗震性能。
结果表明，半刚性框架—钢板剪力墙结构具有较好的抗震性能，可以有效提高建筑物的抗震能力。
1. 引言地震是一种破坏性巨大的自然灾害，对建筑物的破坏性非常大。
钢板剪力墙作为一种新型的抗震结构体系，具有刚性好、稳定性强、效率高等优点，被广泛应用于建筑结构中。
然而，半刚性框架—钢板剪力墙结构的抗震性能尚未被全面研究。
本研究旨在通过理论分析和数值模拟，评估半刚性框架—钢板剪力墙结构在地震作用下的抗震性能。
2. 研究方法本研究采用有限元分析方法，对半刚性框架—钢板剪力墙结构进行模拟。
首先，建立结构的有限元模型，包括半刚性框架和钢板剪力墙的参数。
然后，选择地震波作为荷载，施加到结构上。
最后，通过分析结构的位移、加速度响应等参数，评估结构的抗震性能。
3. 结果和讨论通过有限元分析，本研究得到了半刚性框架—钢板剪力墙结构在地震作用下的位移、加速度等参数。
结果表明，半刚性框架—钢板剪力墙结构具有较好的刚性和稳定性，能够有效地抵抗地震荷载。
同时，结构的应变分布也比较均匀，不会出现集中应力的现象。
这说明半刚性框架—钢板剪力墙结构具有良好的适应性，能够满足地震作用下建筑物的要求。
4. 结论本研究通过理论分析和数值模拟，评估了半刚性框架—钢板剪力墙结构的抗震性能。
结果表明，该结构具有较好的刚性、稳定性和适应性，能够有效提高建筑物的抗震能力。
然而，仍需进一步研究结构的细节构造和设计方法，以提高其整体性能。
此外，也需要与实际工程结构进行对比，验证研究结果的准确性和可靠性。
本研究采用有限元分析方法对半刚性框架—钢板剪力墙结构在地震作用下的抗震性能进行了评估。
研究结果表明，该结构具有较好的刚性、稳定性和适应性，能够有效提高建筑物的抗震能力。
半刚性框架节点性能.
半刚性框架节点性能随着我国钢结构建筑产业的不断发展,多高层钢框架结构的应用越来越多。
在钢框架的传统分析和设计中,是将框架的梁柱连接假定成完全刚接或理想铰接。
虽然,上述对连接性能的理想化假设简化了钢框架的分析和设计过程,但采用理想的连接模型在很多情况下不能正确地预测结构的实际受力性能。
另外,现行规范(GB50017-2003)虽然提到了半刚性连接,但是并没有说明如何进行设计。
半刚性连接不但对结构的内力及位移产生影响,而且对结构的稳定、动力特性也产生影响.目前的研究仅对这些问题提出了一些建议,但在结构设计中如何合理地把半刚性连接对结构性能的影响考虑进去,这些建议不够全面。
围绕这一问题,本文对一种典型的半刚性连接--带双腹板顶底角钢半刚性连接的性能进行了探讨和研究。
本文简要地介绍了半刚性节点的研究现状、各国规范梁柱连接的设计计算内容和方法、梁柱连接的类型和半刚性连接的特性,探讨了半刚性连接的M-θ特征曲线及其拟合方法,以及带双腹板顶底角钢半刚性连接初始刚度以及弯矩承载力的计算公式。
其后,本文利用ANSYS程序对带双腹板顶底角钢半刚性连接进行非线性有限元计算分析,并与试验结果分析比较,结果与试验结果吻合较好.最后,本文对带双腹板顶底角钢半刚性连接提出了改善建议,并且对改善模型进行计算,得出一些结论并提出了相应的设计建议。
【相似文献】[1]. 焦洪宇,段敏.Pro/E模型导入ANSYS问题的研究[J].辽宁工学院学报, 2004,(06)[2]. 关文勇.开设CAE/FEA/ANSYS应用课程的实践和探索[J].成都电子机械高等专科学校学报, 2000,(03)[3]. 杨宝山,上官兴,徐海燕,李锦华.恒载作用下桥梁桩基础三维仿真分析[J].江西科技师范学院学报, 2005,(04)[4]. 江彦.将CAE进行到底[J].中国制造业信息化, 2004,(02)[5]. 王凤丽,宋继良,谭光宇,刘美娟.在ANSYS中建立复杂有限元模型[J].哈尔滨理工大学学报, 2003,(03)[6]. 李艳,张林春,张文君,王效杰.ANSYS在道路路面结构计算中的应用[J].城市道桥与防洪, 2005,(02)[7]. 郭士雄,李国强.钢结构设计中对ANSYS的二次开发[J].四川建筑科学研究, 2005,(02)[8]. 关文勇.CAE/FEA/ANSYS在产品开发中的应用[J].成都电子机械高等专科学校学报, 1999,(04)[9]. 邵将,李世国.Pro/E与ANSYS的连接方法和应用实例[J].机械设计, 2004,(09)[10]. 杨明.Ansys软件与其它CAD/CAE/CAM软件的接口问题[J].哈尔滨铁道科技, 2004,(03)【关键词相关文档搜索】：结构工程; 半刚性连接; ANSYS; 带双腹板顶底角钢半刚性连接; 有限单元法【作者相关信息搜索】：西南交通大学;结构工程;黄慧萱;张上;。
有限元法——数值模拟
钢框架梁柱十字形节点抗震性能数值模拟与理论分析摘要：梁柱节点在钢框架结构中扮演着举足轻重的角色，因此研究钢框架节点的抗震性能具有重要的意义。
本文通过ABAQUS有限元分析软件对钢结构梁柱十字形节点进行了建模分析，考查了全焊接连接节点在地震波作用下的受力性能。
研究表明：全焊接连接节点具有较好的抗震性能。
关键词：钢框架结构；剪切变形；节点域模型；有限元；非线性分析NUMERICAL AND THEORETICAL ANAL YSIS ON SEISMICPERFORMANCEOF THE CROSS-TYPE JOINT OF STEEL STRUCTUREAbstract:The beam-column connections in steel frame structures play an important role. Therefore, studying the seismic performance of the connection in steel frame has a great significance. In order to investigate the seismic performance of the connection in steel frame, this paper presents the cross-type model using the software “ABAQUS”. The results show that the weld connection has a good performance in seismic behavior.Keywords: Steel Frame Structure; Shear Deformation; Panel Zone Model; Finite Element Method; Nonlinear Analysis0 前言有限单元法（或称有限元法）是在当今工程分析中获得最广泛应用的数值分析计算方法。
钢结构半刚性节点极限承载力与抗震性能研究
0 引言钢结构是近年来发展迅速的一种建筑结构类型，其具有较高的强度和刚度，能够满足大跨度、超高层等特殊需求。
然而，在实际应用中，由于受到多种因素的影响，如地震、风、温度等自然力及人为误操作等，导致钢结构建筑的节点出现失稳与破坏的情况，研究钢结构梁柱节点的抗震性意义重大[1]。
针对此种情况，国内外研究学者纷纷投入其研究中，在国外，Agata G V 等[2]在研究半刚性和刚性梁柱节点连接静力性与动力性能的研究中指出，在一般情况下，半刚性节点的延性、耗能性相对较强，抗震性能更加优越。
Ruby F 等[3]在其研究中对钢结构梁柱节点梁翼缘削弱的“狗骨式”连接进行了往复加载试验，结果表明在不同荷载的作用下，节点的滞回曲线趋近于稳定丰满的状态，说明钢结构半刚性节点具有较强的延性。
在国内，丁克伟等[4]采用有限元模型，对隔板节点与垂直加劲肋节点的各抗震性能指标进行比较，并分析垂直加劲肋节点的长度与高度对其抗震性能的影响。
研究结果表明，加劲肋长度与高度对节点刚度的影响相对较大，并且在加劲肋长度不同的情况下，还会影响节点的承载力。
综上所述，国内外在钢结构半刚性节点极限承载力与抗震性能研究方面取得了相应的成效，并提出了不同节点的基本计算理论，为钢结构半刚性节点极限承载力与抗震性能的研究提供了指导。
本文旨在分析国内外关于钢结构建筑节点极限承载力与抗震性能研究的现状，通过节点有限元模型对半刚性节点受力情况与抗震性能进行分析，以期为钢结构建筑设计提供参考。
1 项目概况本工程183.8m 塔楼的结构体系主要包括钢管混凝土框架和核心筒。
其中，钢管混凝土框架主要由芯管和钢管组成，起到支撑作用，使整个结构更加坚固稳定；芯管的主要功能是将结构分成几个小隔间，并将它们与芯管连接；钢管混凝土框架主要由两部分组成，一部分是水平支撑部分，另一部分是垂直支撑部分。
水平支撑段钢管混凝土框架主要由柱和梁组成，而垂直支撑段的钢管混凝土框架则主要由芯管组成，通过连接柱和芯管可以形成一个整体。
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。
一般半刚性节点连接框架结构分析方法
一般半刚性节点连接框架结构分析方法段树金;王冉;金坎辉【摘要】The planar frame with arbitrary connections and supports is studied .A new beam element is pro-posed, which consists of uniform bar and three null length springs (along rotational, transverse and axial direc-tion) at each end.The stiffness matrix of the element and equivalent nodal forces subjected to eight kinds of dif -ferent loads are derived .A program is compiled in Matlab language for calculation of static mechanical behaviour of generalized frame , in which the connection nonlinear relationship is expressed as exponential function or poly-nomial function .the results of the rigid frame and the semi-rigid frames are Compared , showing the influence of connection flexibilities on structure forces and deformation .%研究对象为任意节点连接和任意支撑的平面框架。
一般梁单元由等截面直杆及其杆端的轴向弹簧、切向弹簧和转动弹簧组成，推导得到此类单元的刚度矩阵、单元在8种基本荷载作用下的等效节点荷载。
钢框架外伸端板半刚性节点性能的分析的开题报告
钢框架外伸端板半刚性节点性能的分析的开题报告
钢框架外伸端板半刚性节点作为一种重要的连接方式，广泛应用于框架结构中。
该节点的性能与结构的安全性密切相关，因此需对其进行深入研究。
本研究旨在通过理论分析和数值模拟方法，探讨钢框架外伸端板半刚性节点的力学性能及其与不同参数之间的关系。
本研究的主要内容包括以下三个方面：
1. 钢框架外伸端板半刚性节点的理论分析
首先，将该节点简化为一个多自由度系统，建立节点的受力模型，并采用弹塑性分析方法，探讨节点在不同荷载下的受力性能。
同时，考虑节点在生命周期中的变形、钢材强度及早期应力等因素，对节点进行全过程的分析，得出节点的极限荷载和变形
特征。
2. 钢框架外伸端板半刚性节点的数值模拟
通过有限元模拟软件建立节点的三维模型，选取不同材料参数和几何参数进行模拟，对节点在荷载下的受力响应进行分析，探讨节点的屈曲性能、节点的滞回性能及
其变形特征。
并结合理论分析结果验证模拟结果的可信度。
3. 钢框架外伸端板半刚性节点的参数优化
在理论分析和数值模拟的基础上，探讨节点参数与结构性能之间的关系，并进行参数优化研究，提出针对不同工程实际应用情况的节点优化设计方案。
本研究将通过对钢框架外伸端板半刚性节点的理论分析和数值模拟，并结合参数优化研究，深入探讨该节点的力学性能，提出设计建议，为钢结构工程的设计及施工
提供参考。
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通过 对 半刚性 框 架一 薄钢 板剪 力墙 的研 究 发现 ＿ ］ 薄板 墙 存在 以下 问题 ： 曲 时伴 随类 似击 鼓 的响 １， 屈 声 ， 产 生较 大 的面外 变形 ， 意 味着在 较 大风 荷载 或地 震 作用 过 程 中， 且 此 舒适 度 不 理想 ， 用 性欠 佳 ； 使 薄 钢板 屈 曲后形 成 拉立 场效 应会 对边 柱产 生较 大 的附加 弯 矩 ， 加 了柱 的稳定 负担 ， 增 且滞 回 曲线 有不 同程
第４ ４卷 第 ２ 期 ２１ ０ ２年 ４月
西 建 科 技 学 报（然 学 ） 安 筑 大 学 自 科 版
Ｊ Ｘｉａ ｉ．ｏ ｃ ． ＆ Ｔｅ ｈ （ ｔｒｌ ｃ ｎ ｅＥ ｉｏ ） ． ｎ Ｕｎｖ ｆＡｒ ｈ ｃ ． Ｎａｕａ Ｓｉ ｃ ｄ ｉｎ ｅ ｔ
Ｖ０ ． ４ Ｎｏ ２ １４ ． Ａｐ ． ２ １ ｒ ０２
修 改 稿 日期 ：０基 金 资 助项 目（ １ ７ ３ １ ； ５ １ ８ ８ ） 国家 自然 科学 青 年 基金 资 助项 目（ １ ０ ３ ９ ； ５ １ ８ ６ ） 博士 学科 点 专项 科研 基 金
（０ ９ １０ １０ ４ ； 育部 博 士点 新 教 师 基 金 （０ １ １０ ２ ０ ８ ； 西 省 教 育 厅 自然 科 学 研究 项 目（ ＩＫＯ ４ ） ２ ０ ６ ２ １０ ０ ）教 ２ １６ ２ １０ ０ ） 陕 １Ｊ ９ ２
度 的捏缩 现象 ， 限制 了其实 际工程 中 的推广 应用 ． 针对 上 述缺 点 ， 为延缓 薄钢 板屈 曲 ， 避厚板 墙用 钢量 规
大 的缺 陷 ， 通过 合理 的加 劲肋 设 置 ， 高薄 板 的弹性 刚 度 ， 服滞 回曲线 出现 的捏 缩 现象 ， 可 提 克 降低钢板 类 鼓 击 噪声 及震 颤． 本文 在拟 静力 抗震 试验 研 究 的 基 础上 ， 半 刚 性 连节 点 框 架一 对 十字 加 劲 钢板 剪力 墙 结 构 的滞 回性 能进行 非线 性 有 限元分 析 ， 在此基 础 上对 结构 的 主要影 响参数 进行 了研 究 ， 为该种 结构体 系 的工 程应 用 和理 论分 析提 供 了依据 ．
底 部 两 层 ， 一 榀 单 跨 两 层 １ ３ 尺 半 刚 性 节 点 钢 框 架一 字 加 劲 钢 板 剪 力 墙 结 构 进 行 了 抗 震 拟 静 力 试 验 研 对 ／缩 十
究 ， 试 验 模 型 的 基 础 上 ， 立 了非 线 性 有 限元 模 型 ， 验 证 了 模 型 的 有 效 性 ． 虑 影 响结 构 抗 震 性 能 的 ４个 在 建 并 考 主 要 因素 ： 点 刚 度 、 力 墙 厚 度 、 架 柱 的 刚 度 、 板 刚 度 比 ， 行 了 ４个 系 列 １ 个 有 限 元 模 型 的 变 参 数 分 节 剪 框 肋 进 ６ 析 ． 果 表 明 ： 低 节 点 刚 度 有 利 于 提 高 结 构 的延 性 和耗 能 能力 ； 加 柱 的 刚度 和肋 板 厚 度 可 提 高 结 构 的初 始 结 降 增 刚 度 、 载 力 和 延 性 性 能 ； 加 内填 墙 板 的厚 度 ， 降 低 试 件 的延 性 性 能 ； 填 墙 板 在 加 载 初 期 非 常 有 效 ， 担 承 增 将 内 承 ７ ～ ８ ％ 的水 平 剪 力 ， 究 为 该 种 结 构 体 系 的 工 程 应 用 和 理 论 分 析 提 供 依 据 ． Ｏ ５ 研 关 键 词 ： 框 架 ； 刚性 节 点 ； 板 剪 力 墙 ； 字 加 劲 ； 回曲 线 ； 值 模 拟 ； 线 性 有 限 元 钢 半 钢 十 滞 数 非
用 ＨＷ１ ０ ５ ×７ ０ 中梁 截 面 选 用 ＨＮ２ ０ ０ × ５ ×１ ０ ×１ ， ０ ×１ ０
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半 刚性 节 点 钢 框 架一 十字 加 劲 钢板 剪 力 墙 结 构 的数 值 分 析
郝 际平 ， 于金 光 ， 王先 铁 ， 宏 超 ， 郭 虎 奇
（ 西安 建 筑 科 技 大 学 土 木 工 程 学 院 ， 西 西 安 ７ ０ ５ ） 陕 １０ ５
摘
要 ： 了 研 究 半 剐 性 节 点 钢 框 架 一 劲 钢 板 剪 力 墙 结 构 体 系 的抗 震 性 能 和传 力 机 理 ， 拟 实 际 框 剪 结 构 的 为 加 模
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加劲 肋
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图 １ 试件 详 图
Ｆ ｇ Ｌａ ｏ ｔｏ ｐ ｃ ｍｅ ｉ ．１ ｙ ｕ ｆｓ ｅ ｉ ｎ
Ｌ０ ， ７ ×８ 试件 详 图如 图 １所示 ． 件 编号 为 ＨＡＣ， 点 编 试 节
收 稿 日期 ：０ １０ —２ ２ １－４０
１ 试 验 研 究
Ｉ １ 试 验 概 况 ．
延 顶 ｌ 粱
谣柱
内填板 加 劲肋
东 柱
取一 榀单 跨 两层结 构 模拟 实 际框剪 结构 的底 部两 层 ， 根据 相似 理论 和试 验室 加 载能 力要 求 ， 几何 相似 比例 约 为 １ ３ 试 件跨 度 １３ ０ｍｍ， 度 ２７ ０ｍｍ， 架 柱 截 面 选 ／． ５ 高 ５ 框