半刚性钢框架柱有效长度系数的研究

在传统的钢框架分析和设计中，一般都假定梁和柱的连接是完全刚接或者理想铰接。虽然上述理想化的假定使分析和设计过程大大简化，但是实际梁和柱连接的刚性程度是处于完全刚接和理想柔性之间的。也就是说，刚性连接总有一定的柔性，而铰接连接也具有一定的刚度。因此，实际的钢框架梁与柱连接应分为3类：刚性连接、铰接连接和半刚性连接。 本文按三种方法推导了半刚接钢框架柱的计算长度系数，即：屈曲方程法；横梁刚度修正法；转角位移方程法。并分析比较了此三种方法，得出结论：屈曲方程方程法计算复杂，一般不采用；另外两种方法计算相对简单，并且可以借助已有的结论及规范，因此采用较多。分别按有侧移和无侧移两种情况由转角位移方程法得出的半刚接钢框架柱的计算长度系数修正公式与《钢结构设计规范》(GB50017-2003)刚接框架柱的计算长度系数公式在形式上完全相同，修正公式中的梁与柱线刚度比考虑了半刚性的影响。通过模型试验和有限元法对无侧移端板连接单层单跨半刚性钢框架进行了研究分析。 试验研究结果表明：梁和柱连接节点并不是刚度无穷的刚性连接；梁和柱之间存在相对转角；节点的半刚性对柱的计算长度系数有明显的影响，影响程度与节点的形式、构造以及梁与柱特性有关。从试验结果的分析来看，端板的厚度，螺栓的排列数是影响连接节点连接刚度的主要因素；端板的厚度对连接刚度的影响相比螺栓排列数更明显；端板厚度相同的前提下，螺栓排列数越多，其节点约束也就越强。 利用有限元软件ANSYS对试验中得到的节点弯矩－转角关系钢框架柱进行了屈曲分析，得出了刚架柱的屈曲荷载和计算长度系数。通过研究证明了设计中考虑半刚性连接影响是非常必要的。