考慮剪切變形影響的框架及巨型框架穩(wěn)定理論.pdf

1、幾十年來，各國學(xué)者對框架結(jié)構(gòu)理論及其應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究，形成了關(guān)于框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、二階效應(yīng)及抗側(cè)剛度的理論體系。然而，傳統(tǒng)的框架理論大多都僅考慮了框架梁柱構(gòu)件彎曲變形的影響，對于剪切變形的影響通常是忽略不計的。如今，巨型框架結(jié)構(gòu)以及巨型構(gòu)件在高層建筑中大量采用，且巨型構(gòu)件的剪切變形通常占較大的比例，對結(jié)構(gòu)的性能有較大的影響。因此，傳統(tǒng)的框架理論將會產(chǎn)生較大的誤差。本文以此作為出發(fā)點，系統(tǒng)的分析了考慮構(gòu)件剪切變形影響的框架理論。

2、 本文首先回顧了同時考慮構(gòu)件彎曲變形與剪切變形的若干分析方法，以及各方法的基本假定和相應(yīng)的優(yōu)劣性。詳細(xì)介紹了本文考慮剪切變形影響的基本方法，以此方法作為貫穿全文的分析思想。 從簡單的梁柱構(gòu)件出發(fā)，推導(dǎo)了同時考慮剪切變形與彎曲變形的梁柱基本單元的一階、二階轉(zhuǎn)角位移方程。這組基本方程成為我們分析問題的基礎(chǔ)，對于任意結(jié)構(gòu)，均可利用精確的考慮剪切變形影響的的二階轉(zhuǎn)角位移方程，建立結(jié)構(gòu)自身的平衡方程求解。 提出了兩端任意轉(zhuǎn)動約束剛

3、度的框架柱單元，側(cè)向完全支撐、側(cè)向無支撐以及側(cè)向任意剛度KL時，考慮剪切變形的影響，柱的穩(wěn)定屈曲方程以及臨界荷載的近似公式，與解析解相比，具有良好的精度，且計算簡便。 通過研究發(fā)現(xiàn)，兩端任意轉(zhuǎn)動約束的柱，其線性的抗側(cè)剛度與其有側(cè)移失穩(wěn)臨界荷載之間近似正比關(guān)系，這為我們揭示了結(jié)構(gòu)發(fā)生有側(cè)移失穩(wěn)的本質(zhì)：在豎向軸壓力作用下，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度逐漸減小，當(dāng)抗側(cè)剛度為零時，結(jié)構(gòu)將發(fā)生有側(cè)移失穩(wěn)。 研究了框架橫梁的剪切變形對于框架發(fā)生有

4、側(cè)移失穩(wěn)以及無側(cè)移失穩(wěn)的臨界荷載的影響。研究發(fā)現(xiàn)，無論框架柱上的軸壓力如何分布，當(dāng)框架發(fā)生有側(cè)移失穩(wěn)時，都可以通過折減框架橫梁的抗彎線剛度的方法考慮；當(dāng)框架發(fā)生無側(cè)移失穩(wěn)時，可以近似的認(rèn)為橫梁的剪切變形對框架無側(cè)移失穩(wěn)臨界荷載的影響可以忽略不計。提出了求解多層多跨框架結(jié)構(gòu)有側(cè)移失穩(wěn)臨界荷載的近似法，該法兼考慮了框架梁柱構(gòu)件剪切變形的影響，同層各框架柱相互支援作用，框架層與層相互支援作用，且具有很好的精度。 研究了框架結(jié)構(gòu)的線性層

5、抗側(cè)剛度概念，分析中考慮構(gòu)件剪切變形的影響。發(fā)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)的層抗側(cè)剛度不僅與該層的梁柱構(gòu)件有關(guān)，同時還與相鄰層框架梁柱的相對剛度有關(guān)，與作用于框架結(jié)構(gòu)之上的水平荷載形式有關(guān)，提出了求解框架結(jié)構(gòu)層抗側(cè)剛度的近似法。通過對框架柱兩端由橫梁提供的轉(zhuǎn)動約束剛度的研究發(fā)現(xiàn)，在不同形式的荷載作用于框架結(jié)構(gòu)時，框架橫梁對與之相連的框架柱端提供的轉(zhuǎn)動約束剛度是不固定的，且可能為負(fù)值，突破了傳統(tǒng)觀點認(rèn)為的柱端轉(zhuǎn)動約束剛度恒定不變，且為正值的束縛。

6、研究了考慮剪切變形影響的格構(gòu)式階形柱的穩(wěn)定性及一階、二階抗側(cè)剛度，提出了穩(wěn)定屈曲方程，并根據(jù)方程的解析解繪制了計算長度系數(shù)的表格，以便查用。同時，提出了階形柱穩(wěn)定臨界荷載的近似解，與解析解相比具有很高的精度。提出了求解階形柱的上下柱的一階、二階抗側(cè)剛度的精確公式。 分別研究了彎曲型高-剪切型低的雙重抗側(cè)力體系、剪切型高-彎曲型低的雙重抗側(cè)力體系、非等高的雙重彎剪型抗側(cè)力體系的穩(wěn)定性。提出了上述非等高雙重抗側(cè)力體系的穩(wěn)定臨界荷載精

7、確解與近似解。著重分析了隨著內(nèi)部兩子結(jié)構(gòu)相對高度的變化，相應(yīng)的非等高雙重抗側(cè)力體系總的臨界荷載發(fā)生變化的規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，并非當(dāng)兩子結(jié)構(gòu)高度相等時，總的臨界荷載取到最大值，而是存在最優(yōu)相對高度的概念，即當(dāng)內(nèi)部兩子結(jié)構(gòu)的相對高度為最優(yōu)相對高度時，結(jié)構(gòu)總的臨界荷載最大。 分析了伸臂的存在對于提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性以及水平抗側(cè)剛度的作用機理。提出了伸臂位于結(jié)構(gòu)頂部以及位于結(jié)構(gòu)任意高度處時，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定屈曲方程及臨界荷載近似公式。分析了伸臂位