陈黄雅

摘要：空腹桁架是一种大跨度转换结构的基本形式，其连接节点的刚度对杆件受力性能有一定的影响。本文在对空腹桁架传统的刚性连接分析，进行了理论探讨与计算，选用了半刚性连接的设计方式，根据多组数据实验显示了半刚性连接与刚性连接的异同。经过空腹桁架的节点连接方式，导出了其内力的变化，利用分析结果表明了预应力空腹桁架在实际应用中的优越性，并结合了实际工程，提出了建议与思考，证实了空腹桁架在社会中应用的重要意义。

关键词：空腹桁架；节点刚度；半刚性连接；内力影响

中图分类号： TU323.4文献标识码：A

1空腹桁架节点刚度半刚性连接特征

1.1空腹桁架节点半刚性的特征研究

通常梁柱的连接性能可由连接所传递的弯矩Ｍ与相连梁间的相对转角的关系曲线来表示，

1.1.1幂函数模型：

其中为连接的初始风度，

为极限抗弯承载力，为与连接初始刚度有关的

形状系数。如右图

1.1.2指数函数模型：

其中，为曲线拟合的连接弯矩初始值；为曲线线性部分的定值参数；为曲线线性部分的起始转角；为阶梯函数 （当时为１， 当时为零） ；和为由线性回归分析求得的曲线拟合常数。

1.1.3线性模型：

简单的线性模型有三各，如右图所示。单刚度线性模

型是采用初始连接刚度来代表全部加载范围的连

接特性，当弯矩超过连接使用极限后， 这种模型失效。

双线性模型在某一转折弯矩处用一条更平坦的线来代

替弯矩—转角线的初斜率。折线模型是用一组直线段

来逼近非线性的曲线。这些线性模型使用方便，

但由于不够精确且转折点处刚度突变， 故难于应用。

1.1.4多项式模型：

式中， 为取决于连接类型及几何尺寸的标准化参数；和为曲线拟合常数。这个模型能很好的代表特性。但由于多项式自身的性质， 在某一范围内它会达到并通过峰值点，用曲线斜率来代表的连接刚度，就可能为负值，与实际不符。

通过上述分析，可得出：半刚性连接，空腹桁架节点传递弯矩，但是会使横梁的杆端弯矩减少，而跨中正弯矩相应增加，与刚性连接设计不符合受力情况，其结果将高估由梁端传到柱负弯矩而低估梁的跨中正弯矩，桁架的半刚性连接对结构受力性能有明显的影响。

2杆件节点刚度的改变对内力的影

响分析

2.1节点刚度半刚性连接的单元矩阵

如右图所示为弯矩节点刚度的关系曲线，可知

梁端弯矩基本上随着刚度系数的增加线性增加。

在导出半刚性连接单元矩阵里假定：每层梁

柱的质量都集中在楼面；忽略杆件轴向变形的

影响；假定楼面在平面内的刚度无穷大。

因梁端部有相对位移，故设轴向位移为和，横向位移为和，杆端轴向力（）,杆端弯矩（）,杆端剪力（）则单元刚度矩阵为下。

上式中，，Ｌ为梁长度。

由上式可为桁架的梁柱连接刚度系数，当的范围在0~1。当＝0时，表示梁柱我铰接；当＝1时，表示梁柱完全刚接；当0<<1时，梁柱为半刚性连接；越接近1,表示梁柱连接的刚度越大。当＝1时单元刚度矩阵和一般梁单元的刚度矩阵相同。

2.2半刚性连接的实验与理论对比分析

将单层桁架进行分析，如果梁柱的抗弯刚度相等，则求得梁柱完全刚接时的支座弯矩为与连接刚度系数，梁线刚度与节点连接抗弯刚度的比值的关系曲线如图。

由图可以看出梁的线刚度与节点连接抗弯刚度的比值越小横梁杆端弯矩按刚性计算的成份就大，而当越大，栋梁杆端按刚度计算的成份就会越小，越来接近半刚接。

4预应力混凝土空腹桁架节点

3.空腹桁架钢混结构连接的性能

钢筋混凝土空腹桁架中配置型钢材料，作为结构转换层具有很大的刚度，能降低梁上柱的纵向位移，降低截面弯矩，还可以降低水平荷载作用下结构顶点位移。空腹桁架混凝土型钢混凝土空腹桁架的承载能力及延性明显优于普通梁式连体结构。空腹桁架连体结构的破坏始于桁架腹杆弯曲破坏，破坏前桁架各杆件变形较大、裂缝开展较多，特别是腹杆两端可形成塑性铰，耗能能力较大。与普通混凝土相比，型钢混凝土具有较大的承载力、延性等特点，在反复荷载作用下，型钢梁柱节点焊缝处易出现破坏，影响结构变形能力和延性。

钢混结构按半刚性节点设计，不仅仅可以提高结构的刚度，增大抗弯能力，还便于施工，减少工作周期，节约钢材与降低造价。

4结语

（1）通过对空腹桁架节点半刚性特征进行描述，知道与弯矩、剪力的关系曲线，以及破坏特征。从关系曲线与基本方程中可以分析空腹桁架刚度大其承载能力好，比普通连体结构更具有整体性。

（2）提出了半刚性节点模型与分析半刚性单元矩阵，得出了当梁柱的线刚度越大，其承受弯矩值越大，并与刚性设计作了比较，表明节点半刚性的合理利用性。

（3）指出了空腹桁架钢混结构有较好的延性，增加构件的用钢量更有利于提高梁柱的承载力，使结构整体性更高。

参考文献：

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