[发明专利]一种半刚性节点初始刚度的组件式获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢结构建筑物设计建造领域，尤其涉及一种钢结构的半刚性节点初始刚度的获取方法。

背景技术

钢结构是土木、水利、交通、矿山等行业重要的建筑物结构形式，广泛应用于国民经济发展的各个领域。

节点是建筑结构中的关键连接部分，节点性能直接影响框架结构在荷载作用下，尤其是动力荷载作用下的整体行为，对于整个结构的受力与安全具有重大影响。一旦节点发生破坏，结构构件再强也不能发挥作用。以往常将框架的梁柱连接简化成理想铰接或完全刚接。事实上，工程节点很难做到是完全刚接或者理想铰接。在欧洲规范（EuroCode3、EuroCode4）以及日本规范中，按框架转动刚度及有无侧移可分为刚性、半刚性和铰接节点三种类型。半刚性节点兼有另两者的优点，且允许有限转动并存在结构阻尼，故有利于结构的整体稳定与耗能。

总体上，现阶段对半刚性节点的力学性状掌握仍不够充分，中国钢结构设计规范（GB50017--2003）也并没有提出如何实现半刚性节点的设计计算、要求标准以及实施步骤等。欧洲规范EuroCode3将节点受荷性能拆分为一系列独立的基本组件，被激活组件的力学特性用具有相同或相近力学特性的弹簧来代表。基于组件法的节点模型不仅便于开展半刚性节点设计，而且非常适于含有大量节点的整体框架力学分析，已广泛应用于结构整体设计、倒塌及大变形计算、结构抗火等领域。因此非常有必要进一步研究和推广半刚性节点的组件式分析方法。

当前Eurocode3规范中，对节点的每个组件采用一个弹簧进行模拟，这种方法存在的问题是：（1）可能参与工作的组件种类较多，容易遗漏个别被激活的组件。（2）众多组件之间的联系复杂，造成对节点性状模拟的失真。与Eurocode3相比，本方法的不同在于以T型件为基本分析单元，并将每个T型件用一个弹簧来模拟。本方法的步骤更简洁和明确，并有针对性地提出了螺栓受拉组件刚度、翼缘弯剪组件刚度和腹板受拉组件刚度等的计算方法，节点组件式模型的弹簧数量减少，与试验成果对比可见，本方法获得的节点初始刚度具有更高的精度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种钢结构半刚性节点初始刚度的获取方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：一种钢结构半刚性节点转动初始刚度的分析及获取方法，包括以下步骤：

（1）识别在荷载作用下节点被激活与不被激活的承载机制，被激活是指在某种荷载状态下参与工作，未被激活是指在某种荷载状态下未参与工作；

（2）根据被激活而参与工作的组分情况把节点拆分为一系列等效T型件；

（3）根据T型件的几何和力学参数，建立T型件的组件式模型，并用组件式方法获得T型件的初始抗拉及抗压刚度值；

（4）把T型件用具有相同刚度的弹簧模拟；

（5）把整体节点模拟为一系列弹簧与杆件组成的组件式模型；

（6）计算获得节点组件式模型的初始转动刚度；

（7）用三折线准则，预测并获取节点的塑性阶段与强化阶段刚度。

本发明的有益效果是，本发明克服了现有欧洲规范对于钢结构半刚性节点设计计算中由于组件种类较多及组件之间的联系复杂引起的对节点性状模拟的失真及所获得结果不够精确的问题，具有较高的准确性和可靠性。

附图说明

图1为节点刚度获得方法流程图；

图2为T型件抗拉初始刚度获得方法流程图；

图3为T型件破坏模式示意图；

图4为T型件受力分析与组件式模型图；

图5为顶底角钢、腹板双角钢连接试验构件TC-1的几何参数（单位：mm）图；

图6为T型件连接试验构件TA-1的几何参数（单位：mm）图；

图7为外伸端板连接试验构件TB-1的几何参数（单位：mm）图；

图8为外伸端板连接试验构件TB-2的几何参数（单位：mm）图；

图9为试验构件TC-1的组件式模型图；

图10为试验构件TA-1的组件式模型图；

图11为试验构件TB-1和TB-2的组件式模型图；

图12为试验构件TA-1的弯矩-转角关系对比图；

图13为试验构件TB-1的弯矩-转角关系对比图；

图14为试验构件TB-2的弯矩-转角关系对比图；

图15为试验构件TC-1的弯矩-转角关系对比图。

具体实施方式