半刚性连接钢框架的抗震性能研究现状

(西安工业大学 陕西 西安 710000)

半刚性连接钢框架的抗震性能研究现状

孙翰林

(西安工业大学 陕西 西安 710000)

介绍了国内近几年在试验和理论方面对半刚性连接钢框架抗震性能的研究现状，归纳其研究成果得出：半刚性连接钢框架具有较好的抗震性能。并指出研究中存在的不足，对存在的问题提出建议和今后研究的重点作出展望，为更好地研究半刚性连接钢框架的抗震性能以及促进钢框架在实际工程中的应用提供理论依据。

钢框架；半刚性连接；抗震性能

随着多高层建筑和超高层建筑在世界各地逐渐兴起，钢结构因其优越的性能得到迅速发展，同时钢框架的设计也成为发展中的重要问题。在工程实际结构中，钢框架的梁柱连接既能发生一定转动又能传递一定弯矩，属于半刚性连接钢框架[1]。

一、半刚性连接钢框架研究现状

近二十几年来，对于梁柱的半刚性连接，国内外学者在理论和实验上均开展了相关的研究。

(一)实验研究。Bjo-rhovde 等于 1990 年最早提出梁柱连接处力学行为应介于固接和铰接之间；A．N．T Ihaddoudene 和M． Saidani建立了半刚性连接的理论计算模型及其刚度矩阵；Mohamed A.Dabaon 和Mohmoud H.EI-Boghdadi通过实验研究了空间钢结构梁柱半刚性连接在静载下的力学行为；马翠玲等通过仿真进行了平面结构下的半刚性框架抗震分析；周楠楠等通过实验和仿真建模，分析了平面半钢性连接的非线性因素对钢框架的滞回性能；王新武等研究了空间钢框架的静力承载性能与节点刚度的关系。从已发表的文献来看，对梁柱半刚性连接问题的研究，大部分侧重于局部模型的仿真分析和试验验证，整体结构的抗震分析则大都限于平面模型[2]。

(二)理论研究。2004年Daniel Grecea，Florea Dinu对不同类型的刚性连接和半刚性连接的钢框架进行了地震作用下相关性能的参数研究。结论：建立了钢框架结构的性能准则。

2009年Ihaddoudene,A.Saidani, M.分析了半刚性连接钢框架的力学模型。结论：得出不同半刚性连接钢框架受力性能分析的合理设计模型。

2011年Elnasha对半刚性和刚性情况下的梁柱节点的静力和动力性能进行对比分析 。结论：半刚性连接钢框架具有较好的滞回性能和延性特征。

2013年Valipour,H.and Bradford, M分析了半刚性连接钢框架的荷载-位移曲线。结论：得到了半刚性连接钢框架的非线性性能。

2005年周瑞忠，尹志刚对比分析了框架梁柱刚性连接和外伸端板半刚性连接形式下节点的水平位移和框架的内力分布。结论：得出半刚性连接对框架的变形和内力的影响，并提出了设计的合理化建议。

2008年完海鹰，李娟对双腹板顶底角钢连接进行了有限元分析和拟静力试验研究。结论：得出此类半刚性连接的应力变化，破坏机理以及延性性能。

2009年舒兴平，袁智深，张再华介绍了半刚性连接的研究现状总结了国内外对连接的分类和半刚性连接的计算方法。

2010年董磊磊，郭成喜，于秀飞利用有限元对顶底角钢连接的滞回性能和抗震性能进行了非线性分析。结论：得出连接性能的相关影响因素的影响程度以及破坏准则。

2012年周兴卫对不同高度、不同初始连接刚度的平面钢框架结构进行了弹性和弹塑性时程分析。结论：对平面钢框架在地震作用下的内力和变形以及相关性能指标进行了对比分析，根据试验结果对半刚性连接钢框架的抗震设计提出了合理建议。

2013年潘朝阳，樊宝锋，刘铭轩利用有限元软件对三种刚度的钢框架进行耗能性能和延性性能的分析。结论：梁柱连接刚度对钢框架的受力性能有一定的影响以及半刚性连接钢框架具有较好的抗震性能。

2014年刘伟，舒赣平理论推导了顶底角钢半刚性连接的初始刚度和极限承载力的计算公式，并与已有文献的试验数据进行对比。结论：验证了公式的正确性，为节点连接的初始刚度和极限承载力的计算提供基础。

2015年胡长娇，王新武通过对比分析不同地震等级作用下钢框架的结点区应变、位移、荷载时程曲线变化。研究表明：T型钢连接件可通过承受和传递梁端传来的拉力压力协调结点变形，使框架具有更好的变形能力和抵抗地震作用的能力。

二、研究成果及结论

通过对国内相关半刚性连接钢框架的抗震性能研究进行介绍，得出了以一下研究成果：

1)介绍了双腹板顶底角钢半刚性连接钢框架、端板连接钢框架抗震性能的拟动力试验研究、拟静力试验研究以及节点不同转动刚度和其他不同参数的钢框架抗震性能的有限元分析研究，并将有限元计算结果与试验结果进行对比分析；2)拟静力试验方面，半刚性连接钢框架在低周反复荷载作用下，刚度出现退化，钢框架的侧移增大；梁柱节点连接处首先出现塑性铰，对于双腹板顶底角钢连接钢框架，在顶底角钢处首先出现应力最大值，使内力发生重分布，柱脚应力较小，梁端受力最小，从而减小了梁柱所承受的地震作用，具有较好的延性性能和耗能性，抗震性能较刚接钢框架好；3)拟动力试验方面，在地震作用下，半刚性连接钢框架的节点处首先发生屈服，柱脚次之，梁端几乎没有屈服。半刚性连接钢框架在输入地震波后，随着加载时间的延续，在波峰处钢框架出现较大的水平侧移，同时层间剪力随节点转动刚度的减小而减小，结构具有较好的延性性能和滞回性能，表现出良好的抗震性能[3]。

三、存在的不足

根据以上研究成果可以看到，国内在对半刚性连接钢框架的抗震性能进行研究时，在技术和方法上还存在许多不足之处：

1)国内对半刚性连接的研究起步较晚，由于缺乏半刚性连接设计方法的相关规范，对半刚性连接钢框架的整体性能的研究更是极少；2)国内对半刚性连接研究的不成熟以及试验条件的限制，导致相关试验设备和操作技术欠缺，因此对半刚性连接钢框架的试验研究较少，特别是地震模拟振动台试验和拟动力试验涉及较少，而多为拟静力试验；3)国内对半刚性连接钢框架的抗震性能的研究大多利用有限元数值模拟分析。国内学者在进行数值模拟时做出了一定的理想假定，导致数值模拟与实际情况有较大的差异，不能正确反映半刚性连接钢框架的实际受力性能。

四、建议与展望

为了使半刚性钢框架的整体性能得到更好的研究以及将半刚性连接钢框架应用到工程实际中,今后的重点研究要体现在：

1)阅读大量的国外参考文献，借鉴国外的研究经验和技术水平，对半刚性连接自身的性能完善的基础上，研究和提出半刚性连接钢框架合理的设计方法，在理论知识完备的情况下投入相当的资金和时间全身心的进行研究，包括试验研究和理论分析方面；2)试验研究方面，要把力量集中于地震模拟振动台试验方面，较真实地反映结构在地震作用下的响应，为钢框架的抗震设计提供有力的试验依据；3)为了验证试验结果的可靠性，需要利用有限元软件进行数值模拟,利用实体单元代替梁单元和杆系单元建模，特别是半刚性连接部位的建模和网格划分需要较高的技术知识。

[1]舒兴平,胡习兵,向芳,等.钢框架半刚性连接性能研究综述[J].钢结构,2004(增刊):28-41.

[2]舒兴平,袁智深,张再华,等.半刚性连接钢结构理论与设计研究的综述[J].工业建筑,2009,36(6):13-17.

[3]刘伟,于海涛,姜昊,等.半刚性钢框架的抗震性能研究综述[J].吉林建筑工程学院学报,2013,30(6):1-3.

孙翰林(1991-)，男，汉族，湖北孝感人，在读研究生，硕士，西安工业大学建筑工程学院建筑与土木工程专业，研究方向钢结构优化与设计。