陳黃雅

摘要：空腹桁架是一種大跨度轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的基本形式，其連接節(jié)點(diǎn)的剛度對(duì)桿件受力性能有一定的影響。本文在對(duì)空腹桁架傳統(tǒng)的剛性連接分析，進(jìn)行了理論探討與計(jì)算，選用了半剛性連接的設(shè)計(jì)方式，根據(jù)多組數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)顯示了半剛性連接與剛性連接的異同。經(jīng)過(guò)空腹桁架的節(jié)點(diǎn)連接方式，導(dǎo)出了其內(nèi)力的變化，利用分析結(jié)果表明了預(yù)應(yīng)力空腹桁架在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)越性，并結(jié)合了實(shí)際工程，提出了建議與思考，證實(shí)了空腹桁架在社會(huì)中應(yīng)用的重要意義。

關(guān)鍵詞：空腹桁架；節(jié)點(diǎn)剛度；半剛性連接；內(nèi)力影響

中圖分類號(hào)： TU323.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1空腹桁架節(jié)點(diǎn)剛度半剛性連接特征

1.1空腹桁架節(jié)點(diǎn)半剛性的特征研究

通常梁柱的連接性能可由連接所傳遞的彎矩Ｍ與相連梁間的相對(duì)轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線來(lái)表示，

1.1.1冪函數(shù)模型：

其中為連接的初始風(fēng)度，

為極限抗彎承載力，為與連接初始剛度有關(guān)的

形狀系數(shù)。如右圖

1.1.2指數(shù)函數(shù)模型：

其中，為曲線擬合的連接彎矩初始值；為曲線線性部分的定值參數(shù)；為曲線線性部分的起始轉(zhuǎn)角；為階梯函數(shù) （當(dāng)時(shí)為１， 當(dāng)時(shí)為零） ；和為由線性回歸分析求得的曲線擬合常數(shù)。

1.1.3線性模型：

簡(jiǎn)單的線性模型有三各，如右圖所示。單剛度線性模

型是采用初始連接剛度來(lái)代表全部加載范圍的連

接特性，當(dāng)彎矩超過(guò)連接使用極限后， 這種模型失效。

雙線性模型在某一轉(zhuǎn)折彎矩處用一條更平坦的線來(lái)代

替彎矩—轉(zhuǎn)角線的初斜率。折線模型是用一組直線段

來(lái)逼近非線性的曲線。這些線性模型使用方便，

但由于不夠精確且轉(zhuǎn)折點(diǎn)處剛度突變， 故難于應(yīng)用。

1.1.4多項(xiàng)式模型：

式中， 為取決于連接類型及幾何尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)；和為曲線擬合常數(shù)。這個(gè)模型能很好的代表特性。但由于多項(xiàng)式自身的性質(zhì)， 在某一范圍內(nèi)它會(huì)達(dá)到并通過(guò)峰值點(diǎn)，用曲線斜率來(lái)代表的連接剛度，就可能為負(fù)值，與實(shí)際不符。

通過(guò)上述分析，可得出：半剛性連接，空腹桁架節(jié)點(diǎn)傳遞彎矩，但是會(huì)使橫梁的桿端彎矩減少，而跨中正彎矩相應(yīng)增加，與剛性連接設(shè)計(jì)不符合受力情況，其結(jié)果將高估由梁端傳到柱負(fù)彎矩而低估梁的跨中正彎矩，桁架的半剛性連接對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能有明顯的影響。

2桿件節(jié)點(diǎn)剛度的改變對(duì)內(nèi)力的影

響分析

2.1節(jié)點(diǎn)剛度半剛性連接的單元矩陣

如右圖所示為彎矩節(jié)點(diǎn)剛度的關(guān)系曲線，可知

梁端彎矩基本上隨著剛度系數(shù)的增加線性增加。

在導(dǎo)出半剛性連接單元矩陣?yán)锛俣ǎ好繉恿?/p>

柱的質(zhì)量都集中在樓面；忽略桿件軸向變形的

影響；假定樓面在平面內(nèi)的剛度無(wú)窮大。

因梁端部有相對(duì)位移，故設(shè)軸向位移為和，橫向位移為和，桿端軸向力（）,桿端彎矩（）,桿端剪力（）則單元?jiǎng)偠染仃嚍橄隆?/p>

上式中，，Ｌ為梁長(zhǎng)度。

由上式可為桁架的梁柱連接剛度系數(shù)，當(dāng)?shù)姆秶?~1。當(dāng)＝0時(shí)，表示梁柱我鉸接；當(dāng)＝1時(shí)，表示梁柱完全剛接；當(dāng)0<<1時(shí)，梁柱為半剛性連接；越接近1,表示梁柱連接的剛度越大。當(dāng)＝1時(shí)單元?jiǎng)偠染仃嚭鸵话懔簡(jiǎn)卧膭偠染仃囅嗤?/p>

2.2半剛性連接的實(shí)驗(yàn)與理論對(duì)比分析

將單層桁架進(jìn)行分析，如果梁柱的抗彎剛度相等，則求得梁柱完全剛接時(shí)的支座彎矩為與連接剛度系數(shù)，梁線剛度與節(jié)點(diǎn)連接抗彎剛度的比值的關(guān)系曲線如圖。

由圖可以看出梁的線剛度與節(jié)點(diǎn)連接抗彎剛度的比值越小橫梁桿端彎矩按剛性計(jì)算的成份就大，而當(dāng)越大，棟梁桿端按剛度計(jì)算的成份就會(huì)越小，越來(lái)接近半剛接。

4預(yù)應(yīng)力混凝土空腹桁架節(jié)點(diǎn)

3.空腹桁架鋼混結(jié)構(gòu)連接的性能

鋼筋混凝土空腹桁架中配置型鋼材料，作為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層具有很大的剛度，能降低梁上柱的縱向位移，降低截面彎矩，還可以降低水平荷載作用下結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移。空腹桁架混凝土型鋼混凝土空腹桁架的承載能力及延性明顯優(yōu)于普通梁式連體結(jié)構(gòu)?？崭硅旒苓B體結(jié)構(gòu)的破壞始于桁架腹桿彎曲破壞，破壞前桁架各桿件變形較大、裂縫開(kāi)展較多，特別是腹桿兩端可形成塑性鉸，耗能能力較大。與普通混凝土相比，型鋼混凝土具有較大的承載力、延性等特點(diǎn)，在反復(fù)荷載作用下，型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)焊縫處易出現(xiàn)破壞，影響結(jié)構(gòu)變形能力和延性。

鋼混結(jié)構(gòu)按半剛性節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，不僅僅可以提高結(jié)構(gòu)的剛度，增大抗彎能力，還便于施工，減少工作周期，節(jié)約鋼材與降低造價(jià)。

4結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)空腹桁架節(jié)點(diǎn)半剛性特征進(jìn)行描述，知道與彎矩、剪力的關(guān)系曲線，以及破壞特征。從關(guān)系曲線與基本方程中可以分析空腹桁架剛度大其承載能力好，比普通連體結(jié)構(gòu)更具有整體性。

（2）提出了半剛性節(jié)點(diǎn)模型與分析半剛性單元矩陣，得出了當(dāng)梁柱的線剛度越大，其承受彎矩值越大，并與剛性設(shè)計(jì)作了比較，表明節(jié)點(diǎn)半剛性的合理利用性。

（3）指出了空腹桁架鋼混結(jié)構(gòu)有較好的延性，增加構(gòu)件的用鋼量更有利于提高梁柱的承載力，使結(jié)構(gòu)整體性更高。

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