非等高双重弯剪型抗侧力体系的稳定性

研究了非等高的双重弯剪型抗侧力体系的稳定性。首先,建立了非等高双重弯剪型抗侧力体系的连续化分析模型,提出了该结构体系的屈曲方程及稳定临界荷载解析解。其次,通过分析结构体系的上下两部分存在相互支援作用,给出了求解该结构体系稳定临界荷载的近似公式,通过算例对比,发现与解析解相比,近似解具有很好的精度;同时,近似法便于实际应用。最后,分析了随着内部两子结构相对高度的变化,相应的非等高双重抗侧力体系总的临界荷载发生变化的规律。研究发现,并非当两子结构高度相等时,总的临界荷载取到最大值,而是存在最优相对高度的概念,即当内部两子结构的相对高度为最优相对高度时,结构总的临界荷载最大。     

双重弯剪型抗侧力结构的屈曲及其二阶效应

该文采用连续模型对刚度和轴力均匀的双重弯剪型抗侧力结构的屈曲进行分析,得到了计算临界荷载的精确公式。公式表明:双重抗侧力结构总的临界荷载是两个结构作为独立结构时各自临界荷载的简单相加,与竖向荷载在两个结构上的分布无关。对在均布水平荷载和顶端竖向集中荷载共同作用下的双重弯剪型结构进行了二阶分析,得到了弯曲侧移、剪切侧移、总侧移及其两个结构中的弯矩的二阶效应放大系数,并提出了简化计算公式。该公式用于顶部侧移计算非常精确,用于下部侧移计算精度良好且偏于安全;该公式也可以用于子结构整体弯矩的计算,子结构是框架的情况下也可以用于框架柱柱端弯矩的放大计算,在下部2/3高度范围内偏于安全。整个解析解的推导过程表明,这些放大系数也与竖向荷载在两个结构上的分布没有关系。     

考虑剪切变形影响的框架柱弹性稳定

该文研究了考虑剪切变形影响的压杆弹性稳定,着重分析了压杆自身的剪切变形对其稳定临界荷载的影响。该文提出了考虑剪切变形影响的杆件单元一阶、二阶转角位移方程。提出了考虑剪切变形影响,计算两端任意转动约束轴压杆有侧移失稳及无侧移失稳的近似公式,通过与精确解对比,近似法具有很好的精度。讨论了压杆有侧移失稳临界荷载与压杆抗侧刚度之间的内在联系,根据这一规律,提出了近似计算两端转动约束轴压杆,具有侧向不完全支撑时的临界荷载。     

联肢剪力墙的刚度、稳定性以及二阶效应

该文采用连续化模型,对双肢剪力墙结构平面内稳定性进行了研究,求得了顶部作用集中压力时临界荷载的精确显式表达式和显式屈曲波形。这个临界荷载公式表明,联肢剪力墙是一种双重抗侧力结构,并且可以采用串并联电路模型来表示两者之间的相互作用。串并联模型推广到线性分析的情况,得到顶部抗侧刚度的显式表达式,与精确解进行了比较。推导了顶部作用竖向集中荷载时,在不同水平荷载作用下结构的侧移、墙肢弯矩、墙肢轴力和连梁弯矩放大系数,并提供了近似计算公式。     

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。     

典型框架-核心筒单重与双重抗侧力体系的抗震性能与剪力分担研究

在中国规范体系下,框架-核心筒结构应设计为双重抗侧力体系,其对二道防线的设计有明确的规定,即框架-核心筒体系的框架部分必须具有足够的抗侧刚度和承载力。国外的一些规范（如美国规范ASCE7等）则允许单重抗侧力体系,即水平荷载由剪力墙承担,框架部分只承担竖向荷载。因此,为了比较单重与双重抗侧力体系的抗震性能,该文首先根据中国规范设计一典型框架-核心筒双重抗侧力体系模型,然后在保持结构重力荷载代表值相等（混凝土用量基本不变）的前提下,基于以下调整原则设计了框架-核心筒单重抗侧力体系模型:1）在双重结构体系的基础上取消结构二道防线,即取消结构框架部分的楼层剪力调整;2）为了减小框架构件截面尺寸,该研究取消了框架构件抗震等级的要求,使筒体承受大部分的水平地震作用,而框架只承担结构的竖向荷载。该文对比分析了两种结构体系在多遇和罕遇地震作用下的响应特征和构件损伤情况,进而讨论两种体系的倒塌机理以及抗倒塌性能。最后讨论单重与双重体系在不同地震水准下,框架所承担剪力和剪力分担比的变化情况以及对应关键构件的破坏情况。研究表明:在地震作用下,双重抗侧力体系结构的响应略大于单重抗侧力体系,两者的抗倒塌能力相当。然而,单重体系的用钢量比双重体系少。     

弯曲型支撑-框架弹塑性稳定的简化分析

该文对框架-弯曲型支撑的双重抗侧力体系的稳定性,采用简化模型进行分析,其中核心筒被悬臂柱代替,框架被摇摆柱代替.通过这个模型承受水平力和竖向力各自单独和共同作用下的弹塑性稳定的分析,得到了对核心筒的刚度需求.这个规律表明,竖向力和水平力共同作用下的截面刚度需求,大于水平力对核心筒截面的需求和竖向力对核心筒截面刚度的需求...     

装配式钢框架-预制混凝土抗侧力墙结构受剪承载力分析

钢框架-预制混凝土抗侧力墙装配式结构体系(SPW体系)为一种典型的双重抗侧力装配式体系,抗侧力墙体为结构体系的第一道防线,钢框架为结构的第二道防线。为研究该体系的受力机理和受剪承载力,在试验研究的基础上建立了钢框架与抗侧力墙体基于协同效应的传力机制,对抗侧力墙体的受力机理进行了分析,提出了该结构体系在各受力阶段的简化计算模型,推导受剪承载力的计算公式,并同试验值进行了对比分析,可靠性较好。     

基于轴力权重的有侧移钢框架整体稳定性的实用算法

针对规范计算长度系数法逐个构件验算确定钢框架整体稳定的不便以及无法考虑同层柱间的相互支援以及层与层的支援作用的不足,该研究基于弹簧-摇摆柱模型阐述了有侧移框架结构失稳的物理意义。通过结构转换的概念,首先利用框架重复单元求解楼层抗侧刚度及利用临界刚度比系数求解楼层荷载刚度,然后将楼层抗侧刚度和荷载刚度进行整体组装,将求解钢框架整体稳定临界承载力的二阶计算转化为确定框架整体抗侧刚度的一阶问题,最后基于轴力权重加权平均的方法考虑楼层刚度激活程度,获得可直接计算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,避免了计算长度系数法可能因无法考虑两种支援作用造成的不合理设计。算例计算结果表明,该方法具有很好的精度及准确性,可供工程设计使用。     

框架-密肋复合墙结构剪力分担率计算方法研究

密肋复合墙体具有独特的结构构造形式,其刚度可按不同抗震设防要求进行调整,并可满足复杂建筑形式的要求。该文以框架-剪力墙结构为依据,对框架-密肋复合墙结构协同工作机制及剪力分担率计算方法进行较为系统的研究。基于Timoshenko梁基本理论,将框架-密肋复合墙结构视为由剪切型悬臂框架、弯剪型悬臂梁组成的双重抗侧力体系,采用连续化方法建立框架-密肋复合墙结构的位移微分方程,推导出了计入复合墙剪切变形的水平位移解析表达式和内力计算公式。根据前期试验获得的墙体模型低周反复荷载试验数据,拟合得出密肋复合墙体指数式刚度退化模型,量化了墙体在各变形阶段的刚度退化系数。在此基础上提出不同变形阶段框架-密肋复合墙结构剪力分担率的实用计算方法,并通过算例验证了复合墙刚度退化对结构内力分配的影响程度。     

Uncertainty modelling of critical column buckling for reinforced concrete buildings

Buckling is a critical issue for structural stability in structural design. In most of the buckling analyses, applied loads, structural and material properties are considered certain. However, in reality, these parameters are uncertain. Therefore, a prognostic solution is necessary and uncertainties have to be considered. Fuzzy logic algorithms can be a solution to generate more dependable results. This study investigates the material uncertainties on column design and proposes an uncertainty model for critical column buckling reinforced concrete buildings. Fuzzy logic algorithm was employed in the study. Lower and upper bounds of elastic modulus representing material properties were defined to take uncertainties into account. The results show that uncertainties play an important role in stability analyses and should be considered in the design. The proposed approach is applicable to both future numerical and experimental researches. According to the study results, it is seen that, calculated buckling load values are stayed in lower and upper bounds while the load values are different for same concrete strength values by using different code formula.     

不对称跨度下钢框架梁柱子结构抗倒塌性能分析

将子结构引入结构抗倒塌分析是评估结构抗倒塌性能的一种快速有效方法。采用备用荷载路径法,选择钢框架梁柱子结构作为研究对象,建立了分析梁柱子结构抗倒塌能力的理论计算模型,研究了梁柱子结构由梁抗倒塌机制向悬链线抗倒塌机制转换的过程及机理。根据梁柱子结构内力变化将整个抗倒塌过程划分为4个阶段,推导了不对称跨度情形下梁柱子结构在不同阶段的承载力及挠度变形计算公式,分析了梁柱子结构由抗弯向拉弯转化并最终主要依靠拉力抵抗外载的全过程,并通过数值算例验证了理论计算公式,满足工程计算的精度要求。     

悬链线斜靠式拱肋系侧倾失稳临界荷载

基于能量分析方法,推导了主拱肋和稳定拱肋拱轴线为悬链线的斜靠式拱肋系侧倾失稳临界荷载计算公式,并通过与有限元数值计算结果比较,证明了该计算公式的正确性,进一步验证了所提出的拱肋系侧倾失稳时横撑切向和径向力学模型的适用性,并将拱轴线为悬链线和圆弧曲线的斜靠式拱肋系的侧倾失稳临界荷载进行了比对分析,阐明了圆弧曲线代替悬链线斜靠式拱肋系侧倾失稳临界荷载的适用条件。研究结果表明:拱轴线的线型对斜靠式拱肋系的侧倾失稳临界荷载有一定的影响;当稳定拱肋倾角较小时,悬链线拱肋系的侧倾失稳临界荷载与圆弧曲线拱肋系的差异不超过5%;当矢跨比较小时,圆弧曲线拱肋系代替悬链线拱肋系的侧倾失稳临界荷载产生的误差在10%以下,但矢跨比较大时,二者的差异较大,不可等同。     

Exact solution for stability analysis of moderately thick functionally graded sector plates on elastic foundation

In this article, an exact analytical solution for buckling analysis of moderately thick functionally graded (FG) sector plates resting on Winkler elastic foundation is presented. The equilibrium equations are derived according to the first order shear deformation plate theory. Because of the coupling between the bending and stretching equilibrium equations of FG plates, these plates have deflection under in-plane loads lower than the critical buckling load acting on the mid-plane. The conditions under which FG plates remain flat in the pre-buckling configuration are investigated and the stability equations are obtained based on the flat plate assumption in the pre-buckling state. The stability equations are simplified into decoupled equations and solved analytically for plates having simply supported boundary condition on the straight edges. The critical buckling load is obtained and the effects of geometrical parameters and power law index on the stability of functionally graded sector plates are studded. The results for the critical buckling load of moderately thick functionally graded sector plates resting on elastic foundation are reported for the first time.     

Post microbuckling mechanics of fibre-reinforced shape-memory polymers undergoing flexure deformation

The buckling mechanics of fibre-reinforced shape-memory polymer composites (SMPCs) under finite flexure deformation is investigated. The analytical expressions of the key parameters during the buckling deformation of the materials were determined, and the local post-buckling mechanics of the unidirectional fibre-reinforced SMPC were further discussed. The cross section of SMPC under flexural deformation can be divided into three areas: the non-buckling stretching area, non-buckling compression area and buckling compression area. These areas were described by three variables: the critical buckling position, the neutral plane position and the fibre buckling half-wavelength. A strain energy expression of the SMPC thermodynamic system is developed. According to the principle of minimum energy, the analytical expressions of key parameters in the flexural deformation process is determined, including the critical buckling curvature, critical buckling position, position of the neutral plane, wavelength of the buckling fibre, amplitude of the buckling fibre and macroscopic structural strain of the composite material. The results showed that fibre buckling occurred in the material when the curvature increasing from infinitesimal to the critical value. If the curvature is greater than the critical curvature, the neutral plane of the material will move towards the outboard tensile area, and the critical buckling position will move towards the neutral plane. Consequently, the half-wavelength of the buckling fibre was relatively stabilised, with the amplitude increasing dramatically. Along with the increasing of the shear modulus, the critical curvature and buckling amplitude increase, while the critical half-wavelength of the fibre buckling decrease and the critical strain of the composite material increase. Finally, we conducted experiments to verify the correction of the key parameters describing SMPC materials under flexural deformation. The values determined by the experiments proved that the theoretical prediction is correct. Additionally, the buckling deformation of the carbon fibre generated a large macroscopic structural strain of the composite material and obtained a resulting large flexural curvature of the structure with minimal material strain of the carbon fibre.     

竖向槽钢加劲钢板剪力墙剪切屈曲

对设置多道竖向闭口加劲肋的钢板剪力墙的剪切屈曲进行了有限元弹性屈曲分析,得到了剪切应力随加劲肋抗弯和加劲肋抗扭刚度变化曲线,以加劲板临界应力等于小区格按简支计算的剪切屈曲应力为条件,得到了双面加劲肋的门槛刚度。刚度小于门槛刚度时给出了剪切屈曲临界应力与加劲肋刚度的关系;将双面加劲同单面加劲、交错单面加劲两种情况进行比较,得出了后两者的门槛刚度放大系数。与数值结果比较表明:公式具有良好精度且偏安全。