多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法研究

剪切型支撑钢框架整体稳定计算需考虑钢框架与剪切型支撑之间的相互作用,还需要考虑同层柱间的相互支援以及层与层之间的支援作用,规范计算长度系数法无法考虑这些因素可能会造成不合理设计。提出了一种计算多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法,首先分析了支撑刚度与结构临界承载力之间的关系,推导了层临界支撑刚度计算公式,接着利用弹簧-摇摆柱力学模型推导了任意支撑下框架柱临界刚度比系数计算公式,然后将各楼层的有效抗侧刚度及荷载刚度进行楼层间的组装,将求解剪切型支撑钢框架的临界承载力转化为求解结构的楼层有效抗侧刚度,最后基于轴力权重加权平均的方法推导了可直接求解多层剪切型支撑钢框架临界承载力的计算公式,该公式能够判断结构的薄弱层,可以定量地计算楼层之间相互支援程度,有效地弥补规范尚无法求解弱支撑钢框架柱计算长度系数的不足。

基于分叉传递矩阵法的多跨连续刚构桥桥墩有效长度系数

桥墩的有效长度系数对桥墩的稳定性和强度十分重要。为解决桥墩的稳定性问题,本文建立了一种便于采用传递矩阵法求解的新颖力学模型,并基于该方法计算了多跨连续刚构桥的有效长度系数。首先,建立n跨刚构桥的一般力学模型,并利用传递矩阵法推导了其在考虑自重荷载情况下的平面内稳定特征方程,进而求得弹性屈曲载荷和有效长度系数,并将其与有限元法得到的结果进行对比,从而验证所提理论和方法的正确性。其次,研究了用碳纤维增强聚合物和超高性能混凝土加固桥墩时,桥墩有效长度系数的变化规律。最后,探讨了边跨与中跨之比、桥面梁刚度以及桥墩刚度对桥墩有效长度系数的影响。结果表明,增强整体结构刚度比增强局部刚度对提高稳定性更有效,桥梁边跨和中跨跨度对有效长度系数的影响较大。同时,还观察到碳纤维增强聚合物加固高度改变时,桥墩有效长度系数变化曲线产生了独特的双峰效应。

框架-剪力墙双重抗侧力体系柱计算长度系数研究

针对框架-剪力墙双重抗侧力体系,通过刚度特征值综合反映框架与剪力墙的侧向刚度,考察其对框架剪力分担率与屈曲荷载的影响。建立了高度为48 m、72 m、96 m和120 m四个计算模型,分别采用有限元法和简化方法计算结构的屈曲荷载与框架柱的计算长度系数。刚度特征值可以综合反映框架与剪力墙相对刚度以及结构高度的影响,特征刚度值越大,框架分担的剪力也随之增大。框架屈曲荷载修正系数γ可以用于定量表征框架受到剪力墙侧向支撑作用强弱的程度,γ随着结构高度增大迅速减小。当框架-剪力墙高度较大时,其框架部分的屈曲荷载可能低于相应纯框架的屈曲荷载,说明此时框架部分为剪力墙提供了侧向支撑。计算结果表明:对于纯框架,按结构标准层分段加载有限元分析得到柱的计算长度系数在各标准层范围内保持不变,且各标准层之间差异不大;基于同层柱相互支援的修正《钢结构设计标准》法,得到柱的计算长度系数与分段加载有限元分析的结果较为接近,两者误差为−9.5%~14.2%。框架-剪力墙柱的计算长度系数介于无侧移框架与有侧移框架之间;随着结构高度增大,其值与纯框架的计算结果逐渐接近;修正《钢结构设计标准》法得到的计算长度系数与分段加载有限元分析的结果较为接近。由于柱的轴力随楼层高度增大逐渐减小,根据欧拉公式计算得到柱的计算长度系数不断增大,说明逐层加载有限元模型在确定柱计算长度系数方面存在局限性。该文方法可供框架-剪力墙双重抗侧力体系确定框架柱计算长度系数时参考。

考虑层间支援无侧移框架整体稳定性的实用算法

针对规范计算长度系数法逐根构件求解无侧移框架整体稳定的不便,以及无法考虑同层柱之间的相互支援和层与层支援作用的不足,本文探寻了无侧移框架同层柱间支援以及层与层之间的支援规律,利用弹簧-摇摆柱模型采用结构转换的方法推导了无侧移框架柱临界刚度比系数;利用该系数通过分析无侧移框架特征结构单元确定结构层荷载因子,确定表征无侧移框架楼层刚度富余程度的层刚度富余系数和表征层间支援作用的层支援系数;基于轴力权重加权平均的方法推导了可直接计算无侧移框架整体稳定承载力的计算公式。该公式能够定量地计算无侧移框架楼层之间相互支援程度,避免了计算长度系数法可能因无法考虑2种支援作用造成的不合理设计,可供工程设计和理论计算使用。

对超高层巨柱稳定性分析中计算假定的探讨

对超高层结构设计中巨柱稳定性分析的关键假定及简化的影响进行了归纳和探讨,分析了加载模式、有侧移或无侧移失稳模式、楼盖、环桁架、伸臂桁架、巨型斜撑、外框梁、上下端边界约束条件等因素的影响。结果表明:巨柱的平动约束主要取决于核心筒及楼盖,转动约束主要取决于上下端的加强层桁架及巨柱;核心筒刚度不足时有可能出现侧移失稳,且普通楼盖对这种失稳模式几乎没有抑制能力。最后,给出了一种较简便的分析方法:基于一个整体模型即可求得各段巨柱的屈曲荷载,且较准确地考虑了边界约束条件及荷载条件对巨柱稳定承载力的影响。

高层建筑跃层柱稳定分析与讨论

针对高层建筑跃层柱稳定分析中经常出现计算长度系数过小的问题,讨论了稳定分析中欧拉公式的应用范围,整理了常见柱子的临界长细比和高宽比,建议稳定分析前进行稳定与强度控制判断。针对屈曲分析方法的合理应用问题,总结了常用的整体屈曲分析方法与局部加载分析方法各自的特点及适用范围,并提出了基于局部加载分析结果的反推算法,最后结合案例进行分析和探讨。研究结果表明:跃层柱计算长度系数过小的问题很可能是由于模型设置、稳定临界荷载计算等方面原因;验证欧拉公式的适用范围本质上是验证跃层柱是稳定控制还是强度控制;由屈曲分析获得临界荷载并反算的计算长度系数有可能是虚假值,应同时验证其对应的临界应力。反推算法结合了整体屈曲分析方法和局部加载屈曲分析方法各自的优点,可提高整体屈曲分析中寻找屈曲模态的效率。

带摆柱门式刚架的稳定性

对单层厂房设有两端铰接柱的门架进行了弹性稳定分析，针对铰接柱的不同布置给出了相应的门架柱计算长度系数计算公式。算例验证，公式具有极好的精度，可供设计坡度较大的门架时参考。

钢框架高等分析研究综述

为了加深对高等分析的理解,介绍了钢框架现行计算长度设计方法的缺点和高等分析与设计的特点,详细讨论了影响钢框架稳定性和极限承载力的主要因素,如几何非线性、材料非线性、几何缺陷、残余应力、局部屈曲、弯扭屈曲等,以及分析时各种因素的考虑方法.同时介绍了国内外在钢框架高等分析方面的研究现状、不足以及可能的发展趋势,为钢框架结构整体分析与设计方法的研究提供一些理论参考.

无侧移半刚接钢框架柱考虑剪切变形影响的计算长度系数研究

通过引入梁柱线刚度比修正系数考虑节点连接的非线性,采用变刚度螺旋弹簧模拟节点半刚性,推导了无侧移半刚接钢框架考虑剪切变形影响柱子的计算长度系数计算公式。分析结果表明,当柱子的长细比较小时,在进行半刚接无侧移钢框架稳定分析时,柱子的计算长度系数考虑剪切变形和不考虑剪切变形二者有明显区别。由于钢框架半刚性节点对柱子的约束能力较弱,稳定分析中忽略剪切变形影响对柱子稳定计算将产生一定误差。考虑剪切变形影响与不考虑剪切变形影响两种情况相比较,柱子计算长度系数μ值增大的范围为5.6%―10.2%。因此在对无侧移半刚接钢框架柱子进行稳定分析时,应考虑剪切变形对柱子稳定承载能力的不利影响。

柔性连接钢框架稳定分析的计算长度

根据钢框架柱稳定设计的计算长度概念,以部分框架为计算单元,用变刚度的螺旋弹簧模拟梁柱节点连接的柔性,通过引入柔性连接刚度修正系数,建立了无侧移和有侧移柔性连接钢框架柱计算长度系数修正公式,其形式与我国钢结构设计规范(GB17—88)规定的计算长度稳定方程完全相同,可供工程设计人员使用.

无侧移半刚性框架柱的稳定分析

基于现行钢结构设计规范GB50017-2003中柱计算长度的概念,利用柱子框架模型,引入梁线刚度修正系数和柱的相对线刚度比,应用梁柱理论建立了可以同时考虑柱端和梁端不同连接条件的无侧移半刚接钢框架柱计算长度系数的修正公式。基于上述修正公式,提出了计算无侧移框架梁柱连接转动刚度的简化方法:利用弯矩-转角曲线的初始切线刚度确定的切线连接刚度。研究表明,三柱子模型,当柱远端铰接时,按GB50017附录D表D-1得到的计算长度系数设计柱是不安全的,最大误差13.0%,当柱远端固接时,偏于保守,最大误差21.9%;连接刚度的简化方法误差控制在3%以内,具有很好的实用性和精确性,可以代替精确方法用于无侧移半刚性连接框架的稳定设计。

高强冷弯型钢骨架墙体立柱轴压性能试验研究

对18根550 MPa高强冷弯型钢骨架墙体立柱进行了足尺轴压试验研究,其中,双面覆板(带肋钢板+石膏板)墙体立柱6根,单面覆带肋钢板墙体立柱6根,无板墙体立柱6根.通过试验得到了各类墙体立柱的极限承载力和破坏模式,试验研究结果表明:对于覆板墙体,墙板对立柱提供了很好的约束作用,大大提高了立柱的轴压承载力;对于无板墙体,拉条起到了弹性支撑的作用,有效提高了立柱的极限承载力.最后,给出了各类墙体立柱的计算长度系数建议值,可供设计参考.

小高跨比实腹门式刚架平面内整体稳定性试验研究

采用位移控制加载法,对小高跨比实腹门式刚架在四点集中荷载作用下的平面内的弹性和弹塑性稳定性能进行了静力试验研究。试验模型Ⅰ用来研究刚架在平面内同时考虑几何非线性和材料非线性的稳定性能,试验模型Ⅱ、Ⅲ用来研究刚架在平面内仅考虑几何非线性的弹性稳定性能。吻合良好的试验和分析结果表明,刚架高跨比较小时,一般不发生传统理论所认为的反对称失稳模式,而是以对称失稳模式为主。通过大量的几何非线性有限元参数分析,给出了经修正的小高跨比刚架柱的计算长度系数。

拉-压杆件的稳定承载能力

拉-压杆件是在两支承点间部分区段受压、部分区段受拉的杆件,其承载能力需要由稳定计算确定。这种杆件出现在刚架格构式横梁的弦杆。压力和拉力的分布有三种不同情况。现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018虽然对这类弦杆的稳定计算有所规定,但不能完全解决三种工况的计算问题。本文利用结构稳定理论著作中的弹性临界荷载计算公式,在参数分析的基础上由曲线拟合得出三种工况拉-压杆件计算长度系数的实用计算公式。建议的公式具有较好的精度,可供设计工作采用。

无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析:(Ⅱ)连接转动刚度和算例分析

计算半刚性连续框架柱的有效长度系数时,必须先确定梁柱连续转动刚度。本文提出了计算无侧移框架梁柱连接转动刚度的简化方法:用梁线理论和弯矩-转角曲线确定切线连接刚度。另外,通过两个算例:门式组合框架和三层两跨组合框架,研究了连接的非线性弯矩-转角特征和荷载水平大小对有效长度系数的影响,比较了本文简化方法、Barakat-Chen简化方法与精确方法计算的有效长度系数。研究表明,本文简化方法具有很好的精确性,可以代替精确方法用于无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析和设计。

有侧移半刚性连接组合框架柱的稳定分析

为了研究有侧移半刚性连接组合框架的稳定性能,利用三柱子框架模型,考虑了梁端和柱远端不同约束情况对柱有效长度系数的影响,提出柱有效长度系数的简化方法.通过算例研究了节点的非线性弯矩-转角关系和荷载水平大小对柱有效长度系数的影响,比较了简化方法、Barakat-Chen方法与精确方法的计算结果.研究表明:简化方法比Barakat-Chen方法有更好的精确度,与精确方法计算结果接近.

有侧移半刚性连接组合框架柱的有效长度系数

利用三层柱的框架模型,考虑了节点的非线性弯矩-转角关系、楼板的组合效应、梁端和柱远端不同边界情况等因素对柱的有效长度系数的影响,推导了有侧移半刚性连接组合框架柱的有效长度系数方程式,并分析了GB50017-2003规范附录D求解的精确性,最后用两个实例:门式组合框架和三层两跨组合框架,研究了荷载大小和非线性弯矩-转角关系对柱有效长度系数的影响。研究表明,对于有侧移半刚性连接组合框架柱,当柱远端处于不同边界条件时,用GB50017-2003规范附录D求得的有效长度系数设计柱偏于安全;节点初始刚度对有效长度系数影响较明显。研究结果可供工程设计参考。

柱脚固接有吊车厂房门式刚架柱的计算长度

有吊车厂房中框架柱轴力和截面都阶型变化 ,对于柱脚固接的阶型柱 ,规范只给出了顶端铰支或固支时的计算长度系数 ,没能考虑梁对柱的约束作用。通过对柱脚固接阶型的弹性屈曲分析 ,得到了框架柱平面内、平面外计算长度系数的表达式和计算表格 ,结果与有限元分析符合较好。在此基础上 。

轻型钢结构变截面门式刚架的稳定计算

论述轻型变截面门式刚架钢柱稳定计算公式的特点及楔形柱在刚架平面内、平面外的计算长度系数和等效弯矩系数的确定方法,方法也可用于横梁为变截面的刚架.

有吊车作用柱脚铰接门式刚架柱的计算长度

有吊车厂房中框架柱轴力和截面都呈阶形变化 ,对柱脚铰接的阶形柱的计算长度规范没有规定。通过对柱脚铰接的阶形柱的弹性屈曲分析 ,得到了框架柱平面内、平面外计算长度系数的表达式和计算表格 ,结果与有限元分析符合得很好。在此基础上 ,对计算长度系数公式进行了简化 ,结果对于工程设计人员进行框架柱的稳定性设计具有重要的指导意义。