考虑梁柱端板螺栓连接的轻型门式刚架抗风抗雪分析

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目前我国《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)规定钢框架中梁与柱的连接节点分为两类:刚接节点和铰接节点。实际工程中运用的全部钢结构连接都处在理想刚接和理想铰接之间,梁和柱的端板连接就是典型的半刚性连接。但由于缺乏计算理论和方法,我国目前都是将端板连接按刚性节点进行设计,与实际情况相差很大,对钢结构节点设计不利。如何选择一种实用且精确度高的表达式来描述端板半刚性连接的弯矩-转角曲线关系,反映出节点的实际转动刚度的变化情况,成为了当前端板刚度研究的一个重要话题。在端板连接中,高强螺栓是至关重要的部分。而螺栓的欠拧和超拧现象是施工中较容易出现的问题。即使按照规范的要求随机抽样检查,对于安全度要求高的螺栓连接部位或者不合格的螺栓仍有可能被漏检。目前的钢结构验收规范中,尚无对螺栓超拧和欠拧现象的明确规定。究竟螺栓的超拧和欠拧对节点的影响有多大,对结构的位移和内力的影响又有多大,国内暂时没有文献对其系统研究。门式刚架是轻型钢结构体系的典型代表,以其优良的结构综合性能和实用经济性,广泛应用于单层工业厂房和民用建筑中。但目前,门式刚架是按照节点连接为刚性的假定进行设计的,没有考虑端板连接的半刚性对其性能的影响。半刚性连接不仅对刚架的位移及内力产生影响,而且对结构平面内稳定方面也产生影响,不应被简单的忽略。针对以上几个问题,本文所做工作和创新点主要有:第一,经理论计算和有限元分析对比,验证了四参数指数函数模型是一种精确度高、实用性强、可以用于实践中描述梁柱端板半刚性连接的弯矩-转角曲线关系的计算模型。第二,采用有限元分析软件ANSYS,建立了梁柱节点实体模型。通过提取计算数据,得到了梁柱连接的可靠度高的非线性弯矩-转角曲线关系;同时,还得出节点在不同部位螺栓超拧和欠拧条件下的弯矩-转角关系曲线。对钢结构节点实验和细节设计具有参考意义。第三,参照武汉地区某工程实例,建立四跨门式钢架结构在均布风载雪载组合作用下的ANSYS有限元分析模型。通过两个具体的算例,全面对比分析了节点刚接、半刚性连接、螺栓欠拧半刚性连接三种情况下四跨门式刚架结构的位移、内力以及临界屈曲荷载,对钢结构设计具有参考价值。
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