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《鋼結(jié)構(gòu)半剛性連接彎矩_轉(zhuǎn)角關(guān)系模型研究_楊衛(wèi)忠》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、鋼結(jié)構(gòu)半剛性連接彎矩_轉(zhuǎn)角關(guān)系模型研究_楊衛(wèi)忠第47卷第1期2015年3月鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版）J．ZhengzhouUniv．（Nat．Sci．Ed．）Vol.47No.1Mar.2015鋼結(jié)構(gòu)半剛性連接彎矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系模型研究楊衛(wèi)忠，王（鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院茜河南鄭州450001）摘要：承受彎矩作用的鋼結(jié)構(gòu)半剛性節(jié)點(diǎn)可離散為兩端通過剛性體連接的細(xì)觀單元并聯(lián)體，而細(xì)觀單元體則假定定義單元體失效數(shù)目與總數(shù)目之比為損傷變量，根據(jù)平衡條件和損傷力學(xué)理論，導(dǎo)出了半剛性節(jié)為理想彈脆性體，點(diǎn)單調(diào)受彎時(shí)的損傷本構(gòu)關(guān)系模型，分析得出的彎矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系式僅與節(jié)點(diǎn)的
2、初始剛度、極限彎矩及相應(yīng)的轉(zhuǎn)角有關(guān)，該式能反映半剛性節(jié)點(diǎn)本構(gòu)關(guān)系的非線性特征，而且與已有試驗(yàn)結(jié)果吻合良好．關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；彎矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系；損傷；半剛性連接+中圖分類號(hào)：TM153．1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671－6841（2015）01－0115－04DOI：10．3969/j．issn．1671－6841．2015．01．0250引言鋼框架在結(jié)構(gòu)分析時(shí)，梁柱的連接通常假定為剛接或鉸接，剛接時(shí)需將梁的翼緣與柱焊接，同時(shí)將梁的腹板與柱翼緣焊接，或通過螺——————————————————————————————————————————————
3、—栓與柱翼緣上的節(jié)點(diǎn)板連接，而鉸接則僅需將梁的腹板通過螺栓和柱相連接．前者構(gòu)造復(fù)雜且梁跨中截面不能充分利用，后者盡管構(gòu)造簡便，但僅利用了梁跨中截面且結(jié)構(gòu)的變形較大．采用梁柱的半剛性連接則能避免其不足，梁柱端板連接就是典型的半剛性連接，但是，半剛性連接的結(jié)構(gòu)分析則需要其彎矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系，而我國現(xiàn)行的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》則無具體的表達(dá)式．由此吸引了眾多研究者對(duì)半剛性連接研究的關(guān)注，僅半剛性連接節(jié)點(diǎn)的彎矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系就有多種表達(dá)式性型、多項(xiàng)式型、冪函數(shù)型和指數(shù)型，也有線性和函數(shù)的組合型．［2－7］［1］，既有單一形式的線考察上述本構(gòu)關(guān)系后不難看出，線性型的
4、優(yōu)點(diǎn)是形式簡單、計(jì)算方便，但計(jì)算的精度不高是其缺點(diǎn)，而折線型雖能提高精度，但又存在剛度突變的不足；多項(xiàng)式型雖然在一定范圍內(nèi)能夠較好地反映半剛性連接的彎矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系，但是由于多項(xiàng)式本身的特性會(huì)使得曲線在某一范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)，且該表達(dá)式中參數(shù)也無明確的物理意義；冪函數(shù)型則需引入形狀系數(shù)來反映不同連接類型．更為突出的是，已有本構(gòu)關(guān)系模型的共性是沒有理論基礎(chǔ)．本文認(rèn)為，合理的本構(gòu)關(guān)系模型應(yīng)該具有下列特點(diǎn)：首先要具有理論基礎(chǔ)；其次是能解釋其受力特性；最后，模型中的參數(shù)要少且易于確定，其預(yù)測結(jié)果也要經(jīng)得起檢驗(yàn)．基于此觀點(diǎn)，本文就通過一個(gè)細(xì)觀損傷物理模型來解
5、釋承受彎矩作用的半剛性連接節(jié)點(diǎn)彎矩－轉(zhuǎn)角曲線非線性的原因，基于損傷力學(xué)原理和細(xì)觀損傷模型的平衡條件，直接導(dǎo)出了半剛性連接節(jié)點(diǎn)的彎矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系模型的一般式，而損傷———————————————————————————————————————————————演化則由模型中的細(xì)觀單元體破壞強(qiáng)度分布特點(diǎn)來確定．最后，利用曲線的特征點(diǎn)條件來確定模型參數(shù)，從而得到具體的表達(dá)式．1半剛性連接損傷機(jī)制和基本假定將鋼結(jié)構(gòu)半剛性梁柱節(jié)點(diǎn)的連接部分離散為若干個(gè)具有一定特征長度和截面面積的細(xì)觀單元，為了便于推導(dǎo)本構(gòu)關(guān)系模型，將梁柱視為剛性體，這樣，每一個(gè)細(xì)觀單元就具有
6、了相同的轉(zhuǎn)角．這里，細(xì)觀單元用彎曲微彈簧來表示．細(xì)觀單元的破壞是由于微彈簧的轉(zhuǎn)動(dòng)超過了其極限轉(zhuǎn)角而引起的，節(jié)點(diǎn)的細(xì)觀損傷模型如08-04收稿日期：2014-基金項(xiàng)目：河南省科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目，編號(hào)132102210500．E-mail：ywz6518@hotmail．com．作者簡介：楊衛(wèi)忠（1966－），男，江蘇蘇州人，教授，博士，主要從事土木工程結(jié)構(gòu)分析理論與應(yīng)用研究，116鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版）第47卷［8］圖1所示．該細(xì)觀損傷模型能夠較好地解釋半剛性連接節(jié)點(diǎn)的宏觀受力特性．推導(dǎo)半剛性節(jié)點(diǎn)本構(gòu)關(guān)系模型的基本假定有：①每個(gè)細(xì)觀單元的彎矩相同，
7、且其彎矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系為理想彈脆性關(guān)系，如圖2所示；②細(xì)觀單元的極限轉(zhuǎn)角組成一個(gè)均勻隨機(jī)場．圖2圖1———————————————————————————————————————————————Fig．1節(jié)點(diǎn)受彎細(xì)觀模型Fig．2Meso-damagemodelofjointundermoment微彈簧的彎矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系M-θcurveoftheflexuralspring2損傷變量圖1模型中的損傷變量D采用經(jīng)典損傷力學(xué)的定義，即D=n，N（1）n，N分別為節(jié)點(diǎn)中發(fā)生破壞的單元數(shù)和總單元數(shù)．式中，節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生宏觀轉(zhuǎn)角θ，而因細(xì)觀單元損傷而產(chǎn)生的失效單元數(shù)
8、目為在外彎矩M作用下，Nn=H（·）是Heaviside函數(shù)，這里，即H（θ－Δi），∑i=1（2）H（θ－Δi）={1，θ＞Δ．i0，θ≤Δi，（3
