半刚性连接钢结构的二阶非弹性时程分析
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１ ２ （ ａｍ） ｒ ， 钢柱 为 Ｈ ３ ５ ０×３ ５ ０×１ ０×１ ６ （ ｍｍ） ， 材 料 为Ｑ ２ ３ ５钢 ， 钢材 弹性 模 量 为 ２ ． ０ ６ Ｘ １ ０ ＭＰ ａ ． 钢 框
震 的能量 ， 充分 利 用 了钢 材 的 塑形 变 形 性 能 ， 能 够 有 效地 降低 梁端 极 限弯矩 ． 半 刚性 节 点一般 用 高强
混合单元的子单元 ， 在结构分析中单独用弹簧子单
元模 拟梁 柱节 点半 刚性连接 ． 半 刚性 链 接单元 的长 度 可 以为零 ， 也可 为 有 限长 度 ． 并 对 梁柱 单 元 刚度 进 行修 正 ， 以建 立 半 刚 性 连 接 单 元 非 线 性 分 析矩
阵， 该 法还 可 以用于半 刚性连 接钢结 构 的二 阶非弹
度 螺栓 连接 ， 这 种连 接方 式在 强震 作用 下会 有一 定
架结 构如 图 １ 所示 ， 梁柱 节点 构造 如 图 ２所示 ．
的转 动 ， 转 动微 小 ， 而 在 离 梁 端 头 一段 距 离 处 构 件
会 形成 塑性 铰 区．
钢 结构 的节 点 连接一 般 分为 铰接 连接 、 刚性 连 接、 半 刚性 连接 Ｊ ， 其 中在 结构 中一 般 常 用 的是 刚 性 连接 和半 刚性 连 接． 焊 接节 点 的刚性 连接 钢结 构 的震 害表 明 ， 这 种 节 点 的延 性 较 差 ， 容 易 发 生 脆 断
１ 工 程概 况
本工程为 二层钢框架 ， 开 间及进深均 为 ７ ． ２
结构 节点 破坏 ， 尤 其 是 焊 接 的 刚 性节 点 ， 大部 分 遭 到 了脆 性 破 坏 １ Ｊ ． 从 地 震 灾 害 分 析 中看 出 以承 载 强 度 为 中心 的设 计 方法 已经 不再 实用 ， 延性 的节点
震作 用 下表现 出延 性 的特 点 ， 节点 区域 有 一定 的 耗 能作 用 ， 在 强震 作 用 下 ， 节点进 入 塑性 ， 对 结 构 有一 定的 消 能保 护 作 用． 通过 对 半 刚性 节点 的二 阶 非弹 性 分析 ， 对 比 了刚 性 节点 和 半 刚性 节 点 的 弯矩一 转 角 关 系， 节点一 位移 关 系， 比较 了地震 作 用下 结构 顶层 处 的 的单 元 弯矩 数值 ， 认 为半 刚性 节
７ ３ ０ 分为铰 接 连接 、 半 刚性连 接 、 刚性 连接 ． 其 中焊接 节 点按 刚性连 接计 算 ， 然 而 这种 节 点在地 震作 用 下容 易破 坏而 失效 ， 失去 承载 力 ； 半刚 性连接 多以 高强度 螺栓连 接 为主 ， 在 地
２ 半 刚 性 连 接 节 点 的 二 阶 非 弹 性 时
程 分 析
２ ． １ 钢 结构 节 点分类 的方 法 节点 的 特 性 一 般 采 用 弯 矩一 转 角 的 关 系 来 表
达． 节 点 分类 的依 据 主要 是 从 弯 矩一 转 角 曲线 中得 到节 点 的强度 ， 刚度 和转 动 能 力 ， 通 常 节 点可 以 根 据弯 矩转 角关 系分 为刚性节 点 ， 铰接节 点 和半 刚
性 节 点． １ ９ ９ ０年 Ｂ ｊ ｏ ｒ ｈ ｏ ｖ ｄ ｅ以节 点 连 接 的初 始 刚 度 和 极 限弯矩 为考 虑对 象 ， 提 出了一种 简单 的节点 连接
地震 （ Ｈ ｙ ｏ ｇ ｏ ｋ ｅ ｎ — Ｎ ａ ｎ ｂ ｕ Ｅ ａ ｔ ｒ ｈ ｑ ｕ ａ ｋ ｅ ） 造 成 大 量 的钢
破坏 ， 在 高震 区不 太 适 合 ， 半 刚 性 连 接 因为 有 较 好 的耗 能 能力 ， 能够 延 长 结 构 自振周 期 ， 增 加 结 构 的 阻尼， 减 小振 幅 ， 在 地震 区钢 结构 中比较适 合．
第２ ０卷 第 ６期 ２ ０ １ ３年 １ ２月
兰 州 工业 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ２ ０ Ｎｏ ． ６
Ｄｅ ｅ． ２ ０１ ３
受 到 了广 泛 的关 注 ． 在“ 强 柱弱 梁 ， 强节 点 若 构 件 ” 的思 想下 ， 在节 点 处 梁 的 一 端做 成 塑 性 区 ， 耗 散 地
ｉ ｎ ， 层高４ ． ２ Ｉ ｎ ． 场地 土类别 为 Ⅱ类 ， ８度设 防． 钢 框 架梁 柱截 面均 为 Ｈ型 钢 ， 钢梁 为 Ｈ ４ ５ ０×２ ５ ０×８×
图１ 钢 框 架 结 构 示 意 图
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ８ － ２ ７ 作者 简 介 ： 沈 志进 （ １ ９ ７ ８ － ） ， 男， 甘 肃 白银 人 ， 助 理 工 程 师
・
３ ６・
兰
州 工
业
学
院
学
报
第２ ０卷
０ ２５
图 ３ 基于非线性的钢结构节点分 类示意 图 图 ２ 梁柱节点构造示意图
点在地 震作 用下的性 能较 刚性 节 点优越 ， 对钢 结构设 计及 计 算提供 了一定 的参考依 据 ．
关 键词 ： 钢 结构 ； 二 阶非 弹性 ； 半 刚性
中图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ３ ９ １
文 献标 志码 ： Ａ
Ｏ 引 言
钢结 构普 遍认 为抗 震 性 能 较 好 ， 然而 １ ９ ９ ４年 北岭 地震 （ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ Ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｑ ｕ ａ ｋ ｅ ） ， １ ９ ９ ５年 的 阪神
文章编号 ： １ ０ ０ ９—２ ２ ６ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５— ０ ０ ３ ５— ０ ４
半 刚性 连 接 钢 结构 的 二 阶非 弹 性 时 程分 析
沈 志进 ， 王 兆 南
（ １ ．西宁特殊钢股份有 限公 司 矿山资源开发管理部 ， 青海 ２ ． 兰州工业 学院 土木工程学院 ， 甘肃 兰州 西宁 ８ １ ０ ０ ０ ５ ；
震 的能量 ， 充分 利 用 了钢 材 的 塑形 变 形 性 能 ， 能 够 有 效地 降低 梁端 极 限弯矩 ． 半 刚性 节 点一般 用 高强
混合单元的子单元 ， 在结构分析中单独用弹簧子单
元模 拟梁 柱节 点半 刚性连接 ． 半 刚性 链 接单元 的长 度 可 以为零 ， 也可 为 有 限长 度 ． 并 对 梁柱 单 元 刚度 进 行修 正 ， 以建 立 半 刚 性 连 接 单 元 非 线 性 分 析矩
阵， 该 法还 可 以用于半 刚性连 接钢结 构 的二 阶非弹
度 螺栓 连接 ， 这 种连 接方 式在 强震 作用 下会 有一 定
架结 构如 图 １ 所示 ， 梁柱 节点 构造 如 图 ２所示 ．
的转 动 ， 转 动微 小 ， 而 在 离 梁 端 头 一段 距 离 处 构 件
会 形成 塑性 铰 区．
钢 结构 的节 点 连接一 般 分为 铰接 连接 、 刚性 连 接、 半 刚性 连接 Ｊ ， 其 中在 结构 中一 般 常 用 的是 刚 性 连接 和半 刚性 连 接． 焊 接节 点 的刚性 连接 钢结 构 的震 害表 明 ， 这 种 节 点 的延 性 较 差 ， 容 易 发 生 脆 断
１ 工 程概 况
本工程为 二层钢框架 ， 开 间及进深均 为 ７ ． ２
结构 节点 破坏 ， 尤 其 是 焊 接 的 刚 性节 点 ， 大部 分 遭 到 了脆 性 破 坏 １ Ｊ ． 从 地 震 灾 害 分 析 中看 出 以承 载 强 度 为 中心 的设 计 方法 已经 不再 实用 ， 延性 的节点
震作 用 下表现 出延 性 的特 点 ， 节点 区域 有 一定 的 耗 能作 用 ， 在 强震 作 用 下 ， 节点进 入 塑性 ， 对 结 构 有一 定的 消 能保 护 作 用． 通过 对 半 刚性 节点 的二 阶 非弹 性 分析 ， 对 比 了刚 性 节点 和 半 刚性 节 点 的 弯矩一 转 角 关 系， 节点一 位移 关 系， 比较 了地震 作 用下 结构 顶层 处 的 的单 元 弯矩 数值 ， 认 为半 刚性 节
７ ３ ０ 分为铰 接 连接 、 半 刚性连 接 、 刚性 连接 ． 其 中焊接 节 点按 刚性连 接计 算 ， 然 而 这种 节 点在地 震作 用 下容 易破 坏而 失效 ， 失去 承载 力 ； 半刚 性连接 多以 高强度 螺栓连 接 为主 ， 在 地
２ 半 刚 性 连 接 节 点 的 二 阶 非 弹 性 时
程 分 析
２ ． １ 钢 结构 节 点分类 的方 法 节点 的 特 性 一 般 采 用 弯 矩一 转 角 的 关 系 来 表
达． 节 点 分类 的依 据 主要 是 从 弯 矩一 转 角 曲线 中得 到节 点 的强度 ， 刚度 和转 动 能 力 ， 通 常 节 点可 以 根 据弯 矩转 角关 系分 为刚性节 点 ， 铰接节 点 和半 刚
性 节 点． １ ９ ９ ０年 Ｂ ｊ ｏ ｒ ｈ ｏ ｖ ｄ ｅ以节 点 连 接 的初 始 刚 度 和 极 限弯矩 为考 虑对 象 ， 提 出了一种 简单 的节点 连接
地震 （ Ｈ ｙ ｏ ｇ ｏ ｋ ｅ ｎ — Ｎ ａ ｎ ｂ ｕ Ｅ ａ ｔ ｒ ｈ ｑ ｕ ａ ｋ ｅ ） 造 成 大 量 的钢
破坏 ， 在 高震 区不 太 适 合 ， 半 刚 性 连 接 因为 有 较 好 的耗 能 能力 ， 能够 延 长 结 构 自振周 期 ， 增 加 结 构 的 阻尼， 减 小振 幅 ， 在 地震 区钢 结构 中比较适 合．
第２ ０卷 第 ６期 ２ ０ １ ３年 １ ２月
兰 州 工业 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ２ ０ Ｎｏ ． ６
Ｄｅ ｅ． ２ ０１ ３
受 到 了广 泛 的关 注 ． 在“ 强 柱弱 梁 ， 强节 点 若 构 件 ” 的思 想下 ， 在节 点 处 梁 的 一 端做 成 塑 性 区 ， 耗 散 地
ｉ ｎ ， 层高４ ． ２ Ｉ ｎ ． 场地 土类别 为 Ⅱ类 ， ８度设 防． 钢 框 架梁 柱截 面均 为 Ｈ型 钢 ， 钢梁 为 Ｈ ４ ５ ０×２ ５ ０×８×
图１ 钢 框 架 结 构 示 意 图
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ８ － ２ ７ 作者 简 介 ： 沈 志进 （ １ ９ ７ ８ － ） ， 男， 甘 肃 白银 人 ， 助 理 工 程 师
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州 工
业
学
院
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报
第２ ０卷
０ ２５
图 ３ 基于非线性的钢结构节点分 类示意 图 图 ２ 梁柱节点构造示意图
点在地 震作 用下的性 能较 刚性 节 点优越 ， 对钢 结构设 计及 计 算提供 了一定 的参考依 据 ．
关 键词 ： 钢 结构 ； 二 阶非 弹性 ； 半 刚性
中图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ３ ９ １
文 献标 志码 ： Ａ
Ｏ 引 言
钢结 构普 遍认 为抗 震 性 能 较 好 ， 然而 １ ９ ９ ４年 北岭 地震 （ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ Ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｑ ｕ ａ ｋ ｅ ） ， １ ９ ９ ５年 的 阪神
文章编号 ： １ ０ ０ ９—２ ２ ６ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５— ０ ０ ３ ５— ０ ４
半 刚性 连 接 钢 结构 的 二 阶非 弹 性 时 程分 析
沈 志进 ， 王 兆 南
（ １ ．西宁特殊钢股份有 限公 司 矿山资源开发管理部 ， 青海 ２ ． 兰州工业 学院 土木工程学院 ， 甘肃 兰州 西宁 ８ １ ０ ０ ０ ５ ；
