正文:
本文通过利用结构抗火计算规范及结构力学基本原理推导出H型梁与H型钢柱腹板连接节点域刚度的计算表达式。
1高温下H型梁与H型柱腹板连接节点域剪切刚度分析
高温下钢结构H型梁与H型柱腹板连接节点的剪切刚度计算表达式为:
式中:bc—柱翼缘宽度;
tcf—柱翼缘厚度;
GT—高温下TS时的剪切模量。
其中参数刚度系数φ1通过引用文献[3]根据模拟分析分析得出φ1平均值为0.93, 将φ1通过有限元模拟出的平均值0.93代入公式 (1) , 则节点域的剪切刚度计算表达式为:
2高温下梁翼缘连接板等效剪切刚度及剪切变形分析
由结构力学基本原理可知, 梁与柱之间的弯矩是通过梁与柱之间的连接板进行传递的。假定剪应力在梁的宽度和梁与柱翼缘之间均匀分布。梁和柱翼缘之间翼缘连接板剪力为V/2, 柱腹板两侧翼缘连接板长度之和的平均值假定为bc+lf则火灾高温下梁柱节点域的剪应变表示为:
式中:lf—伸出柱翼缘的长度;
tbf—梁翼缘的厚度;
V—为高温下节点域的剪力。
当构件截面五削弱时, 通常结构的受弯承载力通过整体稳定性来验算。根据弹性理论分析, 绕强轴受弯构件单轴对称 (或双轴对称) 的常温下和高温条件下钢构件的临界弯矩为:
式中:W—为梁的截面抵抗拒;
—分别为常温和高温下梁的整体稳定系数;
fy、fy T—分别为常温和高温下钢材的屈服强度。
梁与柱连接的整个节点域上梁的两块翼缘之间的连接板发生剪切变形的等效剪切刚度为:
其中刚度参数φ2引用参考文献[3]通过模拟分析, 计算出梁翼缘连接板等效剪切刚度的系数φ2的平均值0.872, 将φ2通过有限元计算的结果0.872代入公式 (7) , 则梁翼缘连接板等效剪切刚度的计算表达式为:
3高温下梁连接腹板抗弯刚度分析
将梁与柱腹板连接处的连接板简化成柱翼缘宽度范围内线性梯形变化。因为整个梁的长度远大于节点处梯形梁段长度, 因此, 可以假定整个梁长度上的弯矩不变。通过函数得出抗弯刚度公式:
式中:v (bc/2+lf) 为x等于bc/2+lf时的挠度。
其中刚度参数φ2引用参考文献[3]通过模拟分析, 计算出梁翼缘连接板抗弯刚度系数φ3的平均值1.13, 将φ3通过有限元计算的结果1.13代入公式 (9) , 梁连接板抗弯刚度计算表达式为:
4本文小结
本文通过高温下H型梁与H型柱腹板连接节点域剪切刚度分析和高温下梁连接腹板抗弯刚度分析, 给出了节点域的剪切刚度计算表达式和梁连接板抗弯刚度计算表达式。
摘要：当建筑结构发生火灾后或者建筑物内部结构局部有火灾高温作用下, 钢结构H型梁与H型柱腹板连接节点的内力大小和分布与常温条件下节点内力大小分布截然不同。
关键词：刚度分析,连接点,计算公式
参考文献
[1] 陈绍蕃, 顾强.钢结构.上册, 钢结构基础[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[2] 王芬.钢结构梁柱刚性连接节点优化研究[D].西安理工大学硕士论文.2007:1-11.
[3] 刘洪波谢礼立, 邵永松.工字梁与H型钢柱腹板连接节点性能分析[J].工程力学, 2006, 23 (12) :80-86.