鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)

1、1第10章鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)101塑性設(shè)計(jì)的基本概念鋼材具有良好的延性，在保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件不喪失局部穩(wěn)定和側(cè)向穩(wěn)定的情況下，可以在超靜定結(jié)構(gòu)中的若干部位形成具有充分轉(zhuǎn)動(dòng)能力的塑性鉸，引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分配（redistributionofinternalfces），從而發(fā)揮結(jié)構(gòu)各部分的潛能。這種以整個(gè)結(jié)構(gòu)的極限承載力作為結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的塑性設(shè)計(jì)（plasticdesign）方法具有如下的優(yōu)點(diǎn)：（1）與通常的彈性設(shè)計(jì)方法相比，可以節(jié)約鋼材

2、（10％～15％）和降低造價(jià)；（2）對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全度有更直觀的估計(jì)。通常的彈性設(shè)計(jì)方法在彈性范圍內(nèi)可以給出精確的內(nèi)力和位移，但給不出整個(gè)結(jié)構(gòu)的極限承載能力；（3）對(duì)連續(xù)梁和低層框架的內(nèi)力分析較彈性方法簡(jiǎn)便。1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性設(shè)計(jì)的建筑物，隨后英、加、美等國(guó)均在本國(guó)建立了塑性設(shè)計(jì)的工程。英國(guó)在1948年第一個(gè)把塑性設(shè)計(jì)方法引進(jìn)了BSS499規(guī)范。隨后，以英國(guó)和美國(guó)為中心，迅速地普及塑性設(shè)計(jì)?，F(xiàn)已公認(rèn)，塑性設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合

3、理，而且可以節(jié)約鋼材，所以英國(guó)和荷蘭的低層建筑幾乎全部采用塑性設(shè)計(jì)，美國(guó)和加拿大的大部分低層建筑也應(yīng)用塑性設(shè)計(jì)。我國(guó)1988年的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ1788）開(kāi)始列入塑性設(shè)計(jì)，新修訂的GB50017規(guī)范又進(jìn)行了局部修改。10.1.1簡(jiǎn)單塑性分析方法一、塑性鉸的性質(zhì)一、塑性鉸的性質(zhì)本書(shū)42和72節(jié)分別介紹了受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件全截面屈服的條件，當(dāng)其截面滿足了屈服條件時(shí)，就認(rèn)為在該截面形成了塑性鉸。實(shí)際的塑性鉸附近截面均發(fā)展了一定的塑性

4、（見(jiàn)圖10.1.1a），形成了一個(gè)塑性區(qū)域。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，認(rèn)為塑性區(qū)僅集中在塑性鉸截面，桿件的其它部分都保持彈性。(a)(b)圖10.1.1塑性鉸及其性質(zhì)由圖10.1.1b可見(jiàn)，當(dāng)在外荷載作用下，桿件的某一截面達(dá)到塑性彎矩Mp以后，該截面除可以傳遞該彎矩外，在力矩作用方向上允許有任意大小的轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能傳遞大于Mp的彎矩。當(dāng)荷載反向作用（或卸載）時(shí)，塑性鉸恢復(fù)彈性，可以傳遞反方向彎矩，但不能任意轉(zhuǎn)動(dòng)，只有當(dāng)反方向彎矩達(dá)到塑性彎矩時(shí)，才會(huì)形

5、成反向的塑性鉸。二、簡(jiǎn)單塑性分析的基本假設(shè)二、簡(jiǎn)單塑性分析的基本假設(shè)塑性區(qū)域塑性區(qū)塑性鉸截面彈性區(qū)彈性區(qū)MpθsθMMpθθs加載卸載加載卸載后3運(yùn)用虛功原理，對(duì)機(jī)構(gòu)(1)有，則。??pMlPP42????lMPp81?圖10.1.2例題101圖對(duì)機(jī)構(gòu)(2)有，則)(2??????????PMlPlMPp82?對(duì)機(jī)構(gòu)(3)有，即，則)22(21???????????PMPP??pMlP6?lMPp63?故lMPPpu63??圖10.1.

6、2(e)為彎矩校核，對(duì)機(jī)構(gòu)(3)，所有彎矩，故為該結(jié)構(gòu)的極限pjpjMMM???uP荷載的上限。圖中虛線是彎矩最大點(diǎn)（5點(diǎn)）的彎矩達(dá)到屈服彎矩My=0.89Mp時(shí)彈性狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的彎矩圖，由圖中可以看出，塑性彎矩的出現(xiàn)順序是5→4→3→1。（2）極限平衡法（靜力法）當(dāng)不考慮機(jī)動(dòng)方面的要求時(shí)，只考慮平衡與屈服條件，用下限定理求出極限荷載的下限解，稱(chēng)為極限平衡法。其步驟為：①去掉多余約束，并用未知力代替，將超靜定結(jié)構(gòu)化為靜定結(jié)構(gòu)（基本體系）；

7、②分別按外荷載和未知力在基本體系上畫(huà)彎矩圖；③將彎矩圖迭加，并使最大或最小彎矩達(dá)到塑性彎矩Mp或－Mp；④解平衡方程組，并求出極限荷載；⑤檢查是否滿足破壞結(jié)構(gòu)條件。[例題102]試用極限平衡法，求例題101的極限荷載Pu。[解]取基本體系如圖10.1.3(a)所示。外荷載和未知力引起的彎矩圖如(b)、(c)所示。針對(duì)1、2、3、4、5各點(diǎn)彎矩迭加如下：①PlVlMM???112345l2lh=l2PPMpMpMp234?2???(a)門(mén)