[发明专利]外装饰立柱套管连接节点半刚性性能的力学分析方法

说明书

本发明公开了一种外装饰立柱套管连接节点半刚性性能的力学分析方法，包括如下步骤：建立多跨梁的有限元模型，对多跨梁刚接、半刚接和铰接的有限元理论分析，对立柱套管的连接节点进行耦合分析，按照弯矩‑转角的对应关系来计算连续梁的变形和弯矩，最后对比计算结果，得出结论，并根据对比分析结果进行优化。通过上述方式，本发明外装饰立柱套管连接节点半刚性性能的力学分析方法能够根据半刚性更好地利用立柱的强度和刚度潜能，将极大的减小立柱用材的大小，节点套管连接设计的进一步细化将节省大量材料，带来可观的经济效益和社会效益，达到更准确更经济的设计效果。

技术领域

本发明涉及建筑幕墙技术领域，特别是涉及一种外装饰立柱套管连接节点半刚性性能的力学分析方法。

背景技术

建筑幕墙规范要求立柱设计的套芯连接按铰接计算，但实际情况套芯连接具有较强的半刚性连接特征。

我们对于节点模型的定义有两种：铰接和刚接，其中不能承受和传递弯矩作用的为铰接，能够承受和传递弯矩作用的是刚接。实际上这是为了便于理论分析，是对节点的理想化，工程实际上不存在理想的铰接和刚接节点。

如图1所示，现在外装饰立柱常采用套管连接， 现在业界普遍采用铰接来简化计算，实际上套管能承受和传递弯矩作用，这是典型的半刚性节点。现有的规范立柱套芯连接没有考虑其半刚性特征，计算时没有充分利用立柱材料的强度和刚度，使设计计算时往往偏保守，较大地浪费材料。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种外装饰立柱套管连接节点半刚性性能的力学分析方法，能够根据半刚性更好地利用立柱的强度和刚度潜能，将极大的减小立柱用材的大小，节点套管连接设计的进一步细化将节省大量材料，带来可观的经济效益和社会效益，达到更准确更经济的设计效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种外装饰立柱套管连接节点半刚性性能的力学分析方法，包括如下步骤：

a、建立多跨梁的有限元模型：

将至少四个立柱套管进行组装，每一层的立柱套管与建筑幕墙的主体结构进行连接，其中立柱套管包括作为支撑梁的铝方管以及插接在铝方管内部的铝套管；

b、对多跨梁刚接、半刚接和铰接的有限元理论分析：

多跨梁的有限元模型中，铝方管作为支撑梁承受横向均布荷载，模型中上下两端为铰接，中间三个立柱套管的连接节点考虑刚接、铰接和半刚接三种情况，

其中半刚性节点刚度即节点的转动刚度采用节点的弯矩－转角(M-φ)关系曲线，通常它们是非线性关系，单位是N·mm/r，并采用有限元分析软件对节点刚度进行有限元分析；

c、对立柱套管的连接节点进行耦合分析：

建立立柱套管连接的模型，立柱套管连接的模型中包括作为支撑梁的铝方管以及插接在铝方管内部的铝套管：

对铝方管施加水平载荷，并对立柱套管的连接节点进行单元划分，对划分的立柱套管连接模型施加约束，然后进行变形分析；

d、按照弯矩-转角的对应关系来计算连续梁的变形和弯矩：

立柱最大变形要求为跨度的1/180，均布荷载作用下简支梁的最大变形

f_max=5qL⁴/384EI=L/180-----(L—跨度)

则节点最大转角θ=qL³/24EI=384/(180×5×24)=0.01778 r=17.78×10^-3 r

然后将上述节点转角-弯矩关系(包括考虑间隙的倾斜角)比较，知节点的半刚度将被充分利用，形成多跨半刚接连续梁；