半剛性連接鋼框架的抗震性能研究現狀

(西安工業大學 陜西 西安 710000)

半剛性連接鋼框架的抗震性能研究現狀

孫翰林

(西安工業大學 陜西 西安 710000)

介紹了國內近幾年在試驗和理論方面對半剛性連接鋼框架抗震性能的研究現狀，歸納其研究成果得出：半剛性連接鋼框架具有較好的抗震性能。并指出研究中存在的不足，對存在的問題提出建議和今后研究的重點作出展望，為更好地研究半剛性連接鋼框架的抗震性能以及促進鋼框架在實際工程中的應用提供理論依據。

鋼框架；半剛性連接；抗震性能

隨著多高層建筑和超高層建筑在世界各地逐漸興起，鋼結構因其優越的性能得到迅速發展，同時鋼框架的設計也成為發展中的重要問題。在工程實際結構中，鋼框架的梁柱連接既能發生一定轉動又能傳遞一定彎矩，屬于半剛性連接鋼框架[1]。

一、半剛性連接鋼框架研究現狀

近二十幾年來，對于梁柱的半剛性連接，國內外學者在理論和實驗上均開展了相關的研究。

(一)實驗研究。Bjo-rhovde 等于 1990 年最早提出梁柱連接處力學行為應介于固接和鉸接之間；A．N．T Ihaddoudene 和M． Saidani建立了半剛性連接的理論計算模型及其剛度矩陣；Mohamed A.Dabaon 和Mohmoud H.EI-Boghdadi通過實驗研究了空間鋼結構梁柱半剛性連接在靜載下的力學行為；馬翠玲等通過仿真進行了平面結構下的半剛性框架抗震分析；周楠楠等通過實驗和仿真建模，分析了平面半鋼性連接的非線性因素對鋼框架的滯回性能；王新武等研究了空間鋼框架的靜力承載性能與節點剛度的關系。從已發表的文獻來看，對梁柱半剛性連接問題的研究，大部分側重于局部模型的仿真分析和試驗驗證，整體結構的抗震分析則大都限于平面模型[2]。

(二)理論研究。2004年Daniel Grecea，Florea Dinu對不同類型的剛性連接和半剛性連接的鋼框架進行了地震作用下相關性能的參數研究。結論：建立了鋼框架結構的性能準則。

2009年Ihaddoudene,A.Saidani, M.分析了半剛性連接鋼框架的力學模型。結論：得出不同半剛性連接鋼框架受力性能分析的合理設計模型。

2011年Elnasha對半剛性和剛性情況下的梁柱節點的靜力和動力性能進行對比分析 。結論：半剛性連接鋼框架具有較好的滯回性能和延性特征。

2013年Valipour,H.and Bradford, M分析了半剛性連接鋼框架的荷載-位移曲線。結論：得到了半剛性連接鋼框架的非線性性能。

2005年周瑞忠，尹志剛對比分析了框架梁柱剛性連接和外伸端板半剛性連接形式下節點的水平位移和框架的內力分布。結論：得出半剛性連接對框架的變形和內力的影響，并提出了設計的合理化建議。

2008年完海鷹，李娟對雙腹板頂底角鋼連接進行了有限元分析和擬靜力試驗研究。結論：得出此類半剛性連接的應力變化，破壞機理以及延性性能。

2009年舒興平，袁智深，張再華介紹了半剛性連接的研究現狀總結了國內外對連接的分類和半剛性連接的計算方法。

2010年董磊磊，郭成喜，于秀飛利用有限元對頂底角鋼連接的滯回性能和抗震性能進行了非線性分析。結論：得出連接性能的相關影響因素的影響程度以及破壞準則。

2012年周興衛對不同高度、不同初始連接剛度的平面鋼框架結構進行了彈性和彈塑性時程分析。結論：對平面鋼框架在地震作用下的內力和變形以及相關性能指標進行了對比分析，根據試驗結果對半剛性連接鋼框架的抗震設計提出了合理建議。

2013年潘朝陽，樊寶鋒，劉銘軒利用有限元軟件對三種剛度的鋼框架進行耗能性能和延性性能的分析。結論：梁柱連接剛度對鋼框架的受力性能有一定的影響以及半剛性連接鋼框架具有較好的抗震性能。

2014年劉偉，舒贛平理論推導了頂底角鋼半剛性連接的初始剛度和極限承載力的計算公式，并與已有文獻的試驗數據進行對比。結論：驗證了公式的正確性，為節點連接的初始剛度和極限承載力的計算提供基礎。

2015年胡長嬌，王新武通過對比分析不同地震等級作用下鋼框架的結點區應變、位移、荷載時程曲線變化。研究表明：T型鋼連接件可通過承受和傳遞梁端傳來的拉力壓力協調結點變形，使框架具有更好的變形能力和抵抗地震作用的能力。

二、研究成果及結論

通過對國內相關半剛性連接鋼框架的抗震性能研究進行介紹，得出了以一下研究成果：

1)介紹了雙腹板頂底角鋼半剛性連接鋼框架、端板連接鋼框架抗震性能的擬動力試驗研究、擬靜力試驗研究以及節點不同轉動剛度和其他不同參數的鋼框架抗震性能的有限元分析研究，并將有限元計算結果與試驗結果進行對比分析；2)擬靜力試驗方面，半剛性連接鋼框架在低周反復荷載作用下，剛度出現退化，鋼框架的側移增大；梁柱節點連接處首先出現塑性鉸，對于雙腹板頂底角鋼連接鋼框架，在頂底角鋼處首先出現應力最大值，使內力發生重分布，柱腳應力較小，梁端受力最小，從而減小了梁柱所承受的地震作用，具有較好的延性性能和耗能性，抗震性能較剛接鋼框架好；3)擬動力試驗方面，在地震作用下，半剛性連接鋼框架的節點處首先發生屈服，柱腳次之，梁端幾乎沒有屈服。半剛性連接鋼框架在輸入地震波后，隨著加載時間的延續，在波峰處鋼框架出現較大的水平側移，同時層間剪力隨節點轉動剛度的減小而減小，結構具有較好的延性性能和滯回性能，表現出良好的抗震性能[3]。

三、存在的不足

根據以上研究成果可以看到，國內在對半剛性連接鋼框架的抗震性能進行研究時，在技術和方法上還存在許多不足之處：

1)國內對半剛性連接的研究起步較晚，由于缺乏半剛性連接設計方法的相關規范，對半剛性連接鋼框架的整體性能的研究更是極少；2)國內對半剛性連接研究的不成熟以及試驗條件的限制，導致相關試驗設備和操作技術欠缺，因此對半剛性連接鋼框架的試驗研究較少，特別是地震模擬振動臺試驗和擬動力試驗涉及較少，而多為擬靜力試驗；3)國內對半剛性連接鋼框架的抗震性能的研究大多利用有限元數值模擬分析。國內學者在進行數值模擬時做出了一定的理想假定，導致數值模擬與實際情況有較大的差異，不能正確反映半剛性連接鋼框架的實際受力性能。

四、建議與展望

為了使半剛性鋼框架的整體性能得到更好的研究以及將半剛性連接鋼框架應用到工程實際中,今后的重點研究要體現在：

1)閱讀大量的國外參考文獻，借鑒國外的研究經驗和技術水平，對半剛性連接自身的性能完善的基礎上，研究和提出半剛性連接鋼框架合理的設計方法，在理論知識完備的情況下投入相當的資金和時間全身心的進行研究，包括試驗研究和理論分析方面；2)試驗研究方面，要把力量集中于地震模擬振動臺試驗方面，較真實地反映結構在地震作用下的響應，為鋼框架的抗震設計提供有力的試驗依據；3)為了驗證試驗結果的可靠性，需要利用有限元軟件進行數值模擬,利用實體單元代替梁單元和桿系單元建模，特別是半剛性連接部位的建模和網格劃分需要較高的技術知識。

[1]舒興平,胡習兵,向芳,等.鋼框架半剛性連接性能研究綜述[J].鋼結構,2004(增刊):28-41.

[2]舒興平,袁智深,張再華,等.半剛性連接鋼結構理論與設計研究的綜述[J].工業建筑,2009,36(6):13-17.

[3]劉偉,于海濤,姜昊,等.半剛性鋼框架的抗震性能研究綜述[J].吉林建筑工程學院學報,2013,30(6):1-3.

孫翰林(1991-)，男，漢族，湖北孝感人，在讀研究生，碩士，西安工業大學建筑工程學院建筑與土木工程專業，研究方向鋼結構優化與設計。