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马翠玲1，孙颂旦2，华建兵1，孙爱琴1
(1. 合肥学院，合肥 230022；2. 宣城柏庄置业有限公司 ，宣城 242000)
[摘要] 为了探讨不同梁柱节点钢框架抗震性能的差别，本文结合工程实际设计了10个系列，共50个有限元试件，通过ANSYS分析软件，对框架进行时间历程分析，来探讨框架层数、框架跨数，尤其是梁柱连接节点的转动刚度等参数对钢框架抗震性能的影响。分析表明：半刚性钢框架结构在地震荷载作用下具有良好的抗震性能。
[关键词]半刚性钢框架，地震荷载，有限元，时程分析
Time-history Analysis of Semi-rigid Steel Frames
MA Cuiling1,SUN Songdan2,HUA Jianbing1,SUN Aiqin1
(1. Hefei Univercity, Hefei 230022; 2,XuanchengBaizhuang Company Limited , Xuancheng 242000)
Abstract：In order to research of the seismic performance of semi-rigid steel frames, the paper design 10 series (altogether 50) of finite element analytic models. Furthermore, the time-history analysis is discussed in this paper to investigate the relations between frame parameters of semi-rigid steel frames, these parameters include the frame’s floor number, the frame’s span number and the frame’s damp, especially the rotation stiffness of beam-to-column connections.
Comparing with the steel frame structure, semi-rigid steel frame structure under seismic loading has a good seismic performance.
Keyword: semi-rigid steel frame, earthquake load, finite element, time-history analysis
1.引言
钢框架结构具有强度高，塑性、韧性好，重量轻，特别适合动力荷载下工作的特点，在实际工程中钢框架得到越来越广泛的应用，其中梁柱节点是钢框架中的关键连接部分。大量的试验证明，在荷载作用下，钢框架的实际梁柱连接性能总是介于理想的刚接和铰接之间，即半刚性的连接。半刚性节点初始转动刚度[1]一般在600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-6481.png" width="137" height="23" />之间，具有较好的延性及耗能能力[2，3]，可以大大降低震害[4]。但是由于半刚性连接的复杂性和多样性，相应的理论和试验研究尚应进行进一步发展，本文的目的就是对半刚接钢框架在地震作用下的力学性能，予以探讨。
2.1例证(半刚接悬臂梁分析验证)
为了验证使用ANSYS软件在组合结构有限元建模过程中的正确性以及使用建立的模型进行分析计算的可靠性，通过对以下算例的计算，以验证使用ANSYS软件建模和计算分析的准确程度。
如图1所示半刚接悬臂梁承受集中荷载，P1=20kN，P2=10kN。梁端采用半刚接，梁的长度L=2000mm，梁的截面采用H200600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-6837.png" width="13" height="14" />150600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-31055.png" width="13" height="14" />6600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-9698.png" width="13" height="14" />8。计算悬臂梁的端部竖向位移。采用ANSYS计算与线性简化计算两种计算方法，其结果见表1。观察表中计算结果，两种方法的计算结果非常接近。ANSYS分析中单元模型采用Beam189、COMBIN14单元。
600)makesmallpic(this,600,1800);' src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/ksohtml/wps_clip_image-13555.png" width="484" height="147" />
图1半刚接悬臂梁尺寸图
Fig.1 Semi-rigid cantilever beam size plan.
表1 半刚接悬臂梁ANSYS与线性简化计算结果对比表 单位:mm
Table 1 Comparative table between ANSYS and calculated results with the linear simplified Unit:mm
2.2有限元框架的详细参数
有限元框架结合工程实际建立，框架梁柱均为H型截面，材料均为Q235。框架试件截面尺寸详见表2，表中所有框架试件的梁柱截面尺寸由3D3S软件设计，设计依据如下：
表2 框架试件截面尺寸图
Table 2 The section size for frame sample
2.2有限元框架的详细参数
有限元框架结合工程实际建立，框架梁柱均为H型截面，材料均为Q235。框架试件截面尺寸详见表2，表中所有框架试件的梁柱截面尺寸由3D3S软件设计，设计依据如下：
表2 框架试件截面尺寸图
Table 2 The section size for frame sample
2.2有限元框架的详细参数
有限元框架结合工程实际建立，框架梁柱均为H型截面，材料均为Q235。框架试件截面尺寸详见表2，表中所有框架试件的梁柱截面尺寸由3D3S软件设计，设计依据如下：
表2 框架试件截面尺寸图
Table 2 The section size for frame sample
2.2有限元框架的详细参数
有限元框架结合工程实际建立，框架梁柱均为H型截面，材料均为Q235。框架试件截面尺寸详见表2，表中所有框架试件的梁柱截面尺寸由3D3S软件设计，设计依据如下：
表2 框架试件截面尺寸图
Table 2 The section size for frame sample
2.2有限元框架的详细参数
有限元框架结合工程实际建立，框架梁柱均为H型截面，材料均为Q235。框架试件截面尺寸详见表2，表中所有框架试件的梁柱截面尺寸由3D3S软件设计，设计依据如下：
表2 框架试件截面尺寸图
Table 2 The section size for frame sample
2.2有限元框架的详细参数
有限元框架结合工程实际建立，框架梁柱均为H型截面，材料均为Q235。框架试件截面尺寸详见表2，表中所有框架试件的梁柱截面尺寸由3D3S软件设计，设计依据如下：
表2 框架试件截面尺寸图
Table 2 The section size for frame sample
2.2有限元框架的详细参数
有限元框架结合工程实际建立，框架梁柱均为H型截面，材料均为Q235。框架试件截面尺寸详见表2，表中所有框架试件的梁柱截面尺寸由3D3S软件设计，设计依据如下：
表2 框架试件截面尺寸图
Table 2 The section size for frame sample
2.2有限元框架的详细参数
有限元框架结合工程实际建立，框架梁柱均为H型截面，材料均为Q235。框架试件截面尺寸详见表2，表中所有框架试件的梁柱截面尺寸由3D3S软件设计，设计依据如下：
表2 框架试件截面尺寸图
Table 2 The section size for frame sample