平面鋼框架結(jié)構(gòu)非線性分析及整體可靠度設(shè)計(jì)理論研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)工程研究者日益認(rèn)識到在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中首先應(yīng)注重的是結(jié)構(gòu)整體而非單根構(gòu)件的承載性能.由于現(xiàn)行規(guī)范存在這方面的缺陷,在過去十年關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的非線性分析與設(shè)計(jì)研究中,高等分析與設(shè)計(jì)受到了廣泛重視.高等分析是精確的結(jié)構(gòu)整體二階非彈性全過程分析,而高等設(shè)計(jì)為基于高等分析的設(shè)計(jì).在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用高等分析與設(shè)計(jì),可以在結(jié)構(gòu)分析中直接評價結(jié)構(gòu)整體的承載能力而無需進(jìn)行構(gòu)件驗(yàn)算,同時還可以保證結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性.但是在以前的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,無法保證結(jié)構(gòu)體系

2、的可靠度水平.本文的研究目標(biāo)包括:考慮各種非線性因素的平面鋼框架結(jié)構(gòu)的高等分析;提出一種簡便高效的計(jì)算鋼框架結(jié)構(gòu)體系可靠度的方法,并基于結(jié)構(gòu)體系可靠度評價提出平面鋼框架結(jié)構(gòu)的高等設(shè)計(jì)公式.為了實(shí)現(xiàn)平面鋼框架結(jié)構(gòu)的高等分析,本研究首先推導(dǎo)了同時包含軸力和剪切變形影響以及考慮桿件初始彎曲和弓形效應(yīng)的平面梁單元彈性剛度方程.并在此基礎(chǔ)上建立了帶有跨中塑性鉸的平面梁單元非彈性分析模型.這一非彈性分析模型可以考慮剪切變形、板件局部失穩(wěn)、截面塑性逐

3、步擴(kuò)展、塑性沿桿長方向的分布、材料強(qiáng)化、初始幾何缺陷和殘余應(yīng)力等非線性因素的影響.為驗(yàn)證平面鋼框架結(jié)構(gòu)高等分析程序的精度,在同濟(jì)大學(xué)靜力結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室進(jìn)行了兩榀單跨兩層平面鋼框架結(jié)構(gòu)的試驗(yàn).同時本文還進(jìn)行了4榀帶有AAC(蒸壓加氣混凝土,Autoclaved Aerated Concrete)填充墻的鋼框架結(jié)構(gòu)在靜力和低周反復(fù)荷載下承載性能的理論和試驗(yàn)研究.本文進(jìn)一步發(fā)展了計(jì)算結(jié)構(gòu)體系可靠度的復(fù)合抽樣半解析法.并運(yùn)用這種方法,在現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)參數(shù)

4、的基礎(chǔ)上對工程中平面鋼框架結(jié)構(gòu)的體系可靠度進(jìn)行了比較實(shí)際的評價.為了明確在結(jié)構(gòu)高等設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)體系的可靠度水平,本研究使用RAD方法,并通過結(jié)構(gòu)體系可靠度評價得到了RAD的實(shí)用設(shè)計(jì)表達(dá)式.LRFD、PAD、RAD三種設(shè)計(jì)方法在典型設(shè)計(jì)實(shí)例中運(yùn)用的比較表明,RAD方法比LRFD方法更經(jīng)濟(jì)合理,而RAD方法比PAD方法所體現(xiàn)的結(jié)構(gòu)體系可靠度水平更明確和一致.RAD方法不僅能克服現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的缺陷,并能簡化設(shè)計(jì),是一種更先進(jìn)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法.本