純框架和支撐框架彈塑性穩(wěn)定分析.pdf

1、鋼框架是一種基本結(jié)構(gòu)體系,若增設(shè)支撐便成為支撐框架.現(xiàn)行框架穩(wěn)定設(shè)計為兩步設(shè)計法,第一步進行結(jié)構(gòu)整體一階或二階彈性分析,確定構(gòu)件最不利內(nèi)力；第二步采用相關(guān)公式驗算構(gòu)件承載力.結(jié)構(gòu)與構(gòu)件之間相互作用以及缺陷影響,通過計算長度系數(shù)或假想荷載來考慮. 隨著計算機技術(shù)和有限元理論的發(fā)展,出現(xiàn)了基于結(jié)構(gòu)承載力水平的二階彈塑性高等分析法. 該法能準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)構(gòu)極限荷載和破壞模式,摒棄了構(gòu)件承載力計算的繁瑣步驟.傳統(tǒng)設(shè)計方法簡單高效,但

2、不能考慮結(jié)構(gòu)塑性內(nèi)力重分布,低估了結(jié)構(gòu)承載力；高等分析法計算量大、疊加原理不適用,目前階段難以成為基本設(shè)計工具. 為平衡設(shè)計效率和計算精度,本文利用層模型對框架彈塑性穩(wěn)定進行了深入的研究,提出了基于整層失穩(wěn)的純框架極限承載力計算方法.對于支撐框架,重點研究了考慮水平力影響的框架失穩(wěn)模式判定準(zhǔn)則. 根據(jù)框架整層有側(cè)移失穩(wěn)現(xiàn)象和軸力負剛度概念,得到了層彈性有側(cè)移失穩(wěn)的臨界荷載公式.參照規(guī)范柱子強度曲線,通過引入層長細比,提出

3、了軸壓框架彈塑性失穩(wěn)承載力計算公式. 它可直接考慮柱間支援作用、純框架無側(cè)移失穩(wěn)以及有側(cè)移失穩(wěn)與無側(cè)移失穩(wěn)模態(tài)相關(guān)作用. 利用二階彈塑性法分析了不同截面形式、荷載分布和梁柱連接及柱底約束的軸壓框架極限承載力,結(jié)果表明層穩(wěn)定系數(shù)公式具有較高精度. 介紹了假想荷載法的基本原理和取值水平,總結(jié)了假想荷載法與計算長度系數(shù)法的主要區(qū)別,比較了假想荷載法、改進計算長度系數(shù)法和層穩(wěn)定系數(shù)法.指出假想荷載法計算框架穩(wěn)定性的可靠度

4、水平很不均衡,不能正確地考慮極限狀態(tài)下柱間相互作用；而改進計算長度系數(shù)法也不夠精確. 推導(dǎo)了承受水平荷載和梁間荷載的理想單層側(cè)傾剛架二階彈塑性解析式,分析了剛架梁局部機構(gòu)、側(cè)移機構(gòu)和組合機構(gòu)的形成條件.利用梁柱截面以及荷載組合不同的剛架算例,比較了一階剛塑性、解析法、M-R經(jīng)驗公式和相關(guān)公式的計算精度.一階剛塑性和解析法偏不安全,M-R經(jīng)驗公式或偏高或偏低,而相關(guān)公式則過于保守. 研究了層梁破壞和柱失穩(wěn)的典型樓層破壞模式

5、；提出了基于層承載力水平的梁破壞、層有側(cè)移和單柱無側(cè)移失穩(wěn)相關(guān)公式,并以各種破壞模式的下限包絡(luò)作為結(jié)構(gòu)極限承載力；給出了廣義豎向荷載和水平荷載直接相關(guān)公式.算例證明層模型法公式的計算精度高于規(guī)范公式,計算效率高于二階彈塑性分析法. 水平力消耗了支撐的部分承載力,使支撐提前屈服、剛度下降,從而削弱了支撐對框架穩(wěn)定性的支持作用.如何考慮水平力對支撐框架失穩(wěn)模式的影響,長期以來鮮有研究.本文利用柱頂作用水平荷載的層框架模型,討論了水平