水平荷载作用下半刚性连接组合梁框架的实用设计方法

论文摘要

随着我国钢材产量与质量的不断提升和钢结构制造与安装水平的不断提高，同时由于钢—混凝土半刚性连接组合梁框架结构本身的优点如自重轻、抗震性能好、施工速度快、综合经济效益高等一系列优点，促使将越来越多地采用钢—混凝土半刚性连接组合梁框架结构。目前，在组合框架的设计中，通常假定节点为理想刚接或理想铰接，但实际结构并非如此，节点通常具有半刚性特性。但目前国内外尚缺乏与之相匹配的框架整体设计方法，本文研究的目的是给出一种考虑节点影响的半刚性连接组合梁框架的简化设计方法，以次推动半刚性连接组合梁框架结构的发展。 本文主要研究了水平荷载作用下半刚性连接组合框架的实用设计方法，主要从以下几个方面进行了研究： 在广泛分析研究国内外现行半刚性连接组合节点连接受力机理的基础上，综合了各种连接的初始刚度、弯矩承载能力及转动能力的计算公式，同时还介绍了影响各种连接特性的主要因素。通过等效梁方法分析了半刚性连接组合梁框架组合梁的等效刚度及考虑节点影响后框架的自振特性。 在充分了解半刚性连接组合梁框架各组件特性的基础上，通过引入反映连接刚度的端部约束系数，考虑半刚性连接的特性修正刚接框架的结构刚度矩阵和杆件固端力。提出了正常使用极限状态下半刚性连接组合梁框架在水平荷载作用下侧移的简化计算方法。 提出了在水平荷载作用下半刚性连接组合梁框架的具体的塑性方法来分析水平荷载作用下半刚性连接组合框架极限承载能力状态的内力。研究表明，在极限承载能力状态，需要考虑节点的弯矩承载能力和延性：塑性分析方法不需要进行结构整体分析，结构分析的工作量极大降低，且能给出较为准确的分析结果。 在理论分析的基础上，首次在国内进行了一个两层两跨的足尺平端板半刚性连接组合节点框架在水平荷载作用下的单调加载试验研究。通过试验考察了半刚性连接组合梁框架在水平荷载作用下的弹塑性性能；了解了结构在正常使用极限状态下的变形特性及在承载能力极限状态下的破坏形态及塑性铰出现的顺序；利用程序和简化的计算方法了框架的变形及受力性能。计算结果与试验结果相比，均吻合较好。 给出了较简单实用的半刚性连接组合框架的设计步骤。对相同条件下不同结构形式的框架作了经济评价，研究表明半刚性连接组合框架具有良好的经济性和推广应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 半刚性连接组合框架研究的若干基本问题
• 1.3 本文各章的主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 半刚性连接组合框架的研究现状
• 2.1 半刚性连接组合梁框架的基本组件
• 2.2 半刚性连接组合梁框架梁柱连接类型及基本组件
• 2.3 半刚性连接组合梁框架梁柱连接基本特性及影响因素
• 2.4 连接的模拟及分类
• 2.4.1 M-θr关系曲线的数学模型
• 2.4.2 连接分类
• 2.5 半刚性连接组合节点研究现状
• 2.5.1 半刚性连接组合节点的试验研究
• 2.5.2 组合节点的简化理论研究模型
• 2.6 组合梁的相关研究
• 2.7 半刚性连接组合框架的研究现状
• 2.7.1 半刚性连接组合框架的试验研究
• 2.7.2 半刚性连接（组合梁）框架的理论研究
• 2.7.3 半刚性连接（组合梁）框架动力特性研究现状
• 2.7.4 半刚性组合框架设计方法研究综述
• 参考文献
• 第三章 半刚性连接组合梁框架组件的相关特性
• 3.1 半刚性连接组合框架梁特性
• 3.1.1 半刚性连接组合框架梁混凝土翼板有效宽度
• 3.1.2 半刚性连接组合框架梁的刚度计算
• 3.1.3 半刚性连接组合框架梁弯矩承载能力计算
• 3.2 半刚性连接组合节点特性
• 3.2.1 半刚性连接组合节点初始刚度
• 3.2.2 半刚性连接组合节点塑性极限弯矩承载力
• 3.2.3 负弯矩作用下组合节点的塑性极限抗弯承载力
• 3.2.4 正弯矩作用下组合节点的塑性极限抗弯承载力
• 3.3 半刚性连接组合节点的转动能力
• 3.3.1 组合节点承受负弯矩作用
• 3.3.2 组合节点承受正弯矩作用
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 半刚性连接组合梁框架的整体特性及风和地震作用计算
• 4.1 组合梁的等效刚度
• 4.2 梁端固接时组合梁反弯点位置
• 4.3 半刚性连接组合梁框架等效刚度的简化计算
• 4.4 半刚性连接框架结构自振频率的计算
• 4.5 半刚性连接组合梁框架风及地震力的计算
• 4.5.1 半刚性连接组合梁框架风荷载的计算
• 4.5.2 半刚性连接组合梁框架地震荷载的计算
• 4.6 小结
• 参考文献
• 第五章 正常使用极限状态下半刚性连接组合梁框架侧移简化计算
• 5.1 引言
• 5.2 半刚性连接组合节点简化模型
• 5.2.1 节点弯矩—转角关系曲线
• 5.2.2 端部约束系数
• 5.3 半刚性连接组合梁框架在水平荷载作用下的节点特性
• 5.4 半刚性连接组合梁框架柱的侧移变形简化计算方法1—等效框架法
• 5.4.1 半刚性连接组合梁的等效刚度
• 5.5 半刚性连接组合梁框架柱的侧移变形简化计算方法2—放大系数法
• 5.6 侧移的二阶效应
• 5.7 算例验证
• 5.8 小结
• 参考文献
• 第六章 水平荷载作用下半刚性连接组合梁框架承载能力极限状态验算方法
• 6.1 引言
• 6.2 结构塑性极限分析理论
• 6.3 半刚性连接组合梁侧移框架受力特性
• 6.4 半刚性连接组合梁框架极限承载力验算
• 6.4.1 框架整体极限承载力验算
• 6.4.2 水平荷载作用下组合梁的验算
• 6.4.3 水平荷载作用下框架柱的验算
• 6.5 小结
• 参考文献
• 第七章 水平荷载作用下足尺半刚性连接组合梁框架试验
• 7.1 引言
• 7.2 试验目的
• 7.3 试验内容
• 7.4 试验设计、制作和安装
• 7.5 材性试验
• 7.6 连接抗滑移系数试验
• 7.7 量测内容
• 7.8 加载程序和装置
• 7.9 试验现象
• 7.10 整体性能
• 7.11 连接性能
• 7.12 组合梁
• 7.13 试验结果与规范、理论比较
• 7.13.1 框架侧移
• 7.13.2 框架极限承载力
• 7.13.3 组合梁承载力验算
• 7.13.4 框架柱承载力验算
• 7.14 小结
• 参考文献
• 第八章 水平荷载作用下半刚性连接组合梁框架的设计
• 8.1 设计思想和方法
• 8.2 半刚性连接组合梁框架设计步骤
• 8.3 半刚性连接组合梁框架组合梁配筋构造要求
• 8.4 设计示例
• 8.5 经济评价
• 8.6 小结
• 参考文献
• 第九章 结论和展望
• 9.1 本文的主要工作
• 9.2 本文的主要结论
• 9.3 进一步工作的方向
• 附录
• 致谢
• 个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果