基于非完全相似和相关关系的框架节点性能研究

传统的节点模型设计是以相似原理和量纲分析为基础，然而试验时很难做到每个条件完全相似，一般都为非完全相似试验。模型与原型之间的误差应运而生，此误差是具有时间和空间变异性的变量。模型试验中往往都是基于参数完全确定的假设，忽略了各相似条件间的相互作用关系。只考率相似和单一因素，而忽略非完全相似和相关关系作用，是当前科学研究每个领域中的一种通病。.本项目考虑非完全相似和相关关系作用，进行一些典型的节点大比例和小比例模型试验，并对其相似条件和影响因素进行相关性概率性灵敏度分析，讨论影响因素间的相关耦合性和非完全相似性。不仅可以使节点的相似条件和影响因素作为真正变量（而不仅仅是作为约束条件）参与框架结构整体的优化设计研究；而且以节点性能研究为切入点，开展非完全相似和相关关系作用研究可以起到抛砖引玉的作用，对于整个科学研究领域都具有普遍的、重要的科学意义和应用前景。

对半刚性连接的研究，主要集中于连接的本构关系弯矩-转角曲线的确定，传统的节点模型设计是以相似原理和量纲分析为基础，无论是试验研究还是理论研究，都是基于结构设计变量完全确定的假定，单独考虑设计变量变化对结构整体响应的影响程度，忽略了各设计变量间的相关关系。经研究发现，由单因素变化拟合得到的曲线关系函数表达式往往在实际应用中会有悖常理。参数相关性问题普遍存在于科学分析中，不能充分考虑参数之间的相关关系将直接导致偏差较大甚至错误的分析结果。.本项目基于相关关系和非完全相似，主要研究成果包括：.对缩尺一层单跨钢框架进行低周往复加载试验并完成了以下节点类型：带悬臂梁段拼接的梁柱连接节点；带悬臂梁段焊接的梁柱连接节点；双腹板角钢连接节点；双腹板角钢连接翼缘焊接连接节点；外伸端板强轴连接节点；外伸端板弱轴连接节点；外加强环式钢管混凝土柱-钢梁连接节点；穿心式钢管混凝土柱-钢梁连接节点。.进行半刚性钢框架的静力和拟静力试验，研究其破坏过程、破坏形态、滞回性能、位移延性系数、抗侧刚度以及刚度退化等关键性能指标，对空间半刚性钢框架的设计提出建议。基于截面组合法和截面弹簧刚度理论，提出了一种有分布荷载作用时考虑单元跨内塑性铰的钢框架高等分析方法。.建立与元模型匹配程度高的近似模型；结合蒙特卡罗法对结构进行随机性分析，并提出新的灵敏度度量参数计算方法以分析随机变量的全局灵敏度系数，在灵敏度分析过程中考虑参变量之间的相关关系，以使得最终灵敏度分析结果更符合实际情况。将随机分析方法与灵敏度计算方法应用于半刚性节点的弯矩-转角模型研究中.基于相关性的灵敏度分析方法，研究半刚性节点连接的各参数对转角的影响，并建立半刚性节点连接节点弹性阶段的弯矩-转角模型。.本项目的成果对半刚性节点的研究具有重要的学术意义并为工程实际应用奠定理论基础。