半剛性連接的研究進(jìn)展.pdf

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1、2Q!壘生簋!塑i望篁!!Q塑2江酉蔓塹鏖旦塹窒半剛性連接的研究進(jìn)展●李昌榮一廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東廣州510006摘要：在進(jìn)行空間桁架建模時，在節(jié)點的處理上通常會采用理想化處理，即簡化成鉸接或者剛接，但這種簡化方法與工程實際相比有一定差別，會導(dǎo)致計算結(jié)果的誤差【“。因此，本文通過節(jié)點的彎矩一轉(zhuǎn)角關(guān)系，采用半剛性節(jié)點來模擬桁架的連接方式，務(wù)求以一種最切合實際的方式模擬桁架模型。現(xiàn)時M一0，關(guān)系曲線的數(shù)學(xué)模型主要有以下幾種：1．線性模型；2．多項式模型；3．B樣條模型l2

2、。本文采用的是線性模型，

3、通過輸入彎矩一轉(zhuǎn)角的特征常數(shù)來模擬節(jié)點的轉(zhuǎn)動剛度。務(wù)求用SAP2000得出不同節(jié)點模擬方式桁架的受力性能差別。關(guān)鍵詞：SAP2000木桁架半剛性受力性能1模型的建立本模型為正放四角錐桁架結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，支承方式為四角鉸接，四邊的其他節(jié)點采用滑動支座∞j。網(wǎng)架的基本組成單元為正四角錐，網(wǎng)架上、下平面的尺寸分別為14ram×22m、12m×20m．網(wǎng)格尺寸為2m×2m。桁架的桿件截面選用管狀截面，外徑為38ram，壁厚為4mm，材料為Q235鋼材，。靜力荷載分析時最大應(yīng)力為150．8

4、69N／ram2，小于Q235鋼材的抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度f=215N／ram2。2計算參數(shù)材料特性：鋼桁架結(jié)構(gòu)中單元材料彈性模量E=206x103N／m2，泊松比¨=0．3，溫度線膨脹系數(shù)a=1．17x10-。，重度1：78．5kN／m3。荷載參數(shù)：①恒載：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、吊頂、屋面自重取1．45kN／m2。②屋面荷載：上弦恒載4．0kN／m2；上弦活載0．7kN／m2；下弦活載0．5kN／m2。匯總后恒載為5．45kN／m2，活載為1．2kN／m2。經(jīng)計算，荷載效應(yīng)的最不利組合由永久荷載控制，加載時將荷

5、載集中于上弦桿的節(jié)點上，根據(jù)中點、邊點和角點的不同從屬面積進(jìn)行加載，桁架的自重則由程序自動計算。3不同節(jié)點形式的受力分析3．1常用的幾種節(jié)點形式常用的幾種節(jié)點形式有剛接、鉸接和半剛性連接，它們的區(qū)別是轉(zhuǎn)動剛度的不同。剛接相當(dāng)于轉(zhuǎn)動剛度為無窮大，在受力的情況下桿件之間的角度不會發(fā)生改變；鉸接相當(dāng)于轉(zhuǎn)動剛度為零，在受力情況下桿件之間的角度的改變不會受到約束；半剛性連接的情況就介于這兩者之間。在程序模擬中，桁架結(jié)構(gòu)的桿件通常被視為二力桿件，一般說來，該類桿件都假定不考慮剪力和彎矩的作用，只考慮軸力的作用。

6、但在實際工程中，桿件是會受到彎矩的，這就需要用半剛性連接來模擬節(jié)點形式了。3．2幾種節(jié)點形式的模擬方法在SAP2000中，桿件的連接默認(rèn)是剛接，即在3個平動方向和3個轉(zhuǎn)動方向都受到約束。通過釋放兩個方向的轉(zhuǎn)動彎矩M1和M2可以模擬鉸接的連接方式，而通過設(shè)定2軸和3軸的轉(zhuǎn)動剛度(即彎矩一轉(zhuǎn)角關(guān)系)，可以模擬半剛性連接，本模型參考鋼結(jié)構(gòu)的螺栓球節(jié)點連接特性模擬半剛性連接。本文將節(jié)點的轉(zhuǎn)動剛度定為100kN·m／rad。3．3靜力分析關(guān)于桁架所受軸力的規(guī)律：三種節(jié)點形式的桁架受到的軸力都有一個共通點，這個

7、共通點是：雖然模擬桁架的受力情況時把荷載簡化成點荷載施加在上弦桿的節(jié)點上，但三種桁架的最大軸力都出現(xiàn)在編號為103的桿件上，該桿件為下弦桿，所受的最大軸力是拉力。其中，鉸接時最大的軸力為62896N，剛接時最大軸力為61332N，半剮性連接時最大軸力為62087N。經(jīng)計算，鉸接與半剛性連接的最大軸力相差1．304％，而剛接與半剛性連接的最大軸力則相差一1．216％。關(guān)于桁架撓度的規(guī)律：三種節(jié)點形式的桁架的最大撓度都出現(xiàn)在編號為39的節(jié)點。該節(jié)點是一個下弦桿節(jié)點，位于桁架的中部。其中，鉸接時最大撓度為

8、一14．1mm，剛接時最大撓度為一12．6mm，半剛性連接時最大撓度為一13．4mm。經(jīng)計算，剛接與半剛性連接的最大撓度相差一5．971％，而鉸接與半剛性連接的最大撓度則相差5．237％。3．4動力分析3．4．1反應(yīng)譜分析振型分解反應(yīng)譜法是根據(jù)地震反應(yīng)譜曲線用靜力方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的是一種擬動力分析法。經(jīng)過數(shù)據(jù)的比較分析，進(jìn)行反應(yīng)譜分析，當(dāng)輸入的地震方向為x向+z向時，最大的節(jié)點位移是x方向的位移。對于位移最大的10個節(jié)點，剛性節(jié)點桁架的位移與半剛性節(jié)點桁架的位移大約相差一8．3％，而鉸接節(jié)點桁架的位

9、移與半剛性節(jié)點桁架的位移大約相差6．0％。而對于軸力最大的lO根桿件，剛性節(jié)點桁架的桿件軸力與半剛性節(jié)點桁架的軸力大約相差1．4％，而鉸接節(jié)點桁架的桿件軸力與半剛性節(jié)點桁架的軸力相差一1．O％。3．4．2動力時程分析本文還對桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動力時程分析。本文選取E1Centro波用作時程分析。地震輸入方向為x向+z向。為了比較三種節(jié)點形式的桁架在時程分析中的響應(yīng)，本文選取了下弦桿中部節(jié)點進(jìn)行位移時程分析，該節(jié)點編號為39。根據(jù)程序得出的位移時程分析結(jié)果可知，當(dāng)節(jié)點為半剛