本发明专利技术公开了一种钢结构半刚性节点转动初始刚度的分析及获取方法，该方法首先识别在荷载作用下节点被激活与不被激活的承载机制，然后把节点拆分为一系列等效T型件，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；接着把T型件用具有相同刚度的弹簧模拟，把整体节点模拟为一系列弹簧与杆件组成的组件式模型，最后计算获得节点组件式模型的初始转动刚度，并用三折线准则，预测并获取节点的塑性阶段与强化阶段刚度。本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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(EuroCodd、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EuroCodd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(I)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Γ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闻的精度。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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 (I)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Γ型件； (3)根据Γ型件的几何和力学参数，建立Γ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Γ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。本专利技术的有益效果是，本专利技术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I为节点刚度获得方法流程 图2为T型件抗拉初始刚度获得方法流程 图3为Γ型件破坏模式示意 图4为T型件受力分析与组件式模型 图5为顶底角钢、腹板双角钢连接试验构件TC-I的几何参数(单位mm) 图6为T型件连接试验构件TA-I的几何参数(单位mm) 图7为外伸端板连接试验构件TB-I的几何参数(单位mm) 图8为外伸端板连接试验构件TB-2的几何参数(单位mm) 图9为试验构件TC-I的组件式模型 图10为试验构件TA-I的组件式模型 图11为试验构件TB-I和TB-2的组件式模型 图12为试验构件TA-I的弯矩-转角关系对比 图13为试验构件TB-I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15为试验构件TC-I的弯矩-转角关系对比图。具体实施例方式本专利技术的总体技术路线 选择钢结构节点的r型件作为分析基本单元，根据r型件的力学性状和破坏模式，建立r型件的组件式模型。在此基础上把节点等效为一系列r型件的组合并最终获取节点的初始刚度。下面结合附图详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加明显。如图I所示，本专利技术基于组件发的钢结构半刚性节点初始刚度的获取方法包括如下步骤 步骤I: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。一般梁柱节点被激活而承受荷载的承载机制有螺栓受拉、翼缘受拉弯剪腹板受拉与腹板受剪这几种受荷机制。步骤2 :根据被激活而参与工作的承载机制情况把节点拆分为一系列等效Γ型件。在步骤I中掌握了被激活而参与工作的承载机制的分布及受力情况后，可把节点用一系列等效r型件的组合代替。由于可以认为被激活而参与工作的承载机制是相对独立的，所以这样并不改变节点整体的受力机制。步骤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r型件的初始抗拉及抗压刚度值。如图2所示，为Γ型件抗拉初始刚度获得方法流程图。首先在拉伸荷载工况下判别r型件中被激活而参与工作的各独立组件；然后通过计算或试验确定被激活组件的力学特性，包括螺栓受拉组件、翼缘弯剪组件和腹板受拉组件，并用具有相同或相近力学特性的弹簧来描述；最后将代表各独立承载机制的弹簧组合成节点简化模型，用以研究τ型件的整体力学性能。Γ型件受力性状、组件式模型及具体计算分析方法如下 根据节点塑性铰出现的位置不同，在轴拉力作用下的T型件破坏模式可分为螺栓拉坏(Model)、翼缘产生塑性铰(Mode2)和联合破坏(Mode3)三种，如图3。进而可分析得被激活的是螺栓受拉、翼缘弯剪破坏以及腹板受拉三种受荷机制，即三种组件。首先分别计算这三种组件的最大承载力和刚度，然后整合得到整体r型件的力学特性。I.螺栓受拉组件 单个螺栓的最大受拉承载力为= Iyh X 為；(I ) fyb为螺栓的屈服强度，汍为单个螺栓截面面积。单个螺栓的受拉极限承载力为F他—Sah X 為;(2 ) fub为螺栓的极限强度。单个螺栓弹性阶段的初始刚度为SxAi'[ = ~ ；(3) h Ib为螺栓受拉长度，A为螺栓材料的弹性模量。2.翼缘弯剪组件 r型件翼缘的刚度取为翼缘板所受拉力与翼缘板在拉力作用下变形的比值，其中翼缘板在腹板拉力作用下的变形为 Bft = Tl+ f+V [ kFSF^ds ；(4) Jy JLrnJk J EIi JLmJk J 上式中，等式右侧第一项为弯矩产生的位移，第二项为轴力产生的位移，第三项为剪力所产生的位移。翼缘受荷刚度由腹板至螺栓(AB段)以及螺栓至翼缘板端(BC段)两部分刚度组成，表示为fw，Ae。T型件AB段轴力的影响较小，故可近似只考虑受弯剪的影响，其变形δ/η为权利要求1.一种钢结构半刚性节点转动初始刚度的分析及获取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 (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)根据本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王振宇，张劲帆，蒋建群，刘国华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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