弱支撑框架柱计算长度系数的实用算法

《钢结构设计标准》给出了强支撑无侧移框架柱和无支撑自由侧移框架柱计算长度系数的计算表格,而对于介于这两者之间的弱支撑弹性侧移的框架柱,目前规范尚缺少相应的计算公式和表格。对此,本文基于弹簧-摇摆柱模型建立了弱支撑弹性侧移框架柱的扩展结构,通过临界荷载因子实现了扩展结构的临界力与原结构的临界力之间的转换,将求解框架柱计算长度系数的复杂二阶问题转化为计算压杆抗侧刚度的简单一阶问题,获得了一种确定弱支撑受压柱计算长度系数的实用算法,并提供了相应的计算表格。本文还推导了可按照无侧移框架柱计算稳定性的侧移临界刚度,此刚度可作为计算框架柱二阶效应时选择按照P-Δ效应还是P-δ效应的判别标准。最后,选取了2个算例进行计算验证,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。     

弯曲型支撑框架的弹性稳定分析

对设有弯曲型支撑的钢框架结构的整体弹性稳定进行了分析,得到了理想状态下,弯曲型支撑框架结构的稳定方程.通过对r=0.5～1.0时的大量计算分析,得到了弯曲型支撑框架结构的临界相对支撑刚度Rth的近似计算公式.用有限元方法验证的结果表明,近似解析解具有足够的精度,该公式可以作为稳定计算时,框架有侧移和无侧移的判定准则.对弱支撑框架,本文给出了临界荷载和支撑刚度的关系.     

偏心支撑半刚接钢框架柱计算长度系数研究

通过引入连接转动刚度及偏心支撑,导出了偏心支撑半刚接钢框架柱计算长度系数理论公式。采用ANSYS软件对D形偏心支撑半刚接钢框架进行了非线性屈曲分析,得出了偏心支撑半刚接钢框架柱计算长度系数表,并回归了建议计算公式。     

分离式支撑的稳定性研究

在钢结构设计中,确定受压构件的计算长度系数是稳定验算的重要步骤,而对于有支撑的压杆,GB50017-2003《钢结构设计规范》中仅仅给出了支撑在压杆中央的相关计算公式,并没有提及支撑杆刚度不同而造成压杆的不同失稳形式,也没有分析支撑刚度对临界压力的影响。文中针对这些不足,采用二阶位移法推导了相关公式、确定了分离式支撑的最小弹簧刚度并绘制了压杆稳定临界力随着支撑刚度变化的实用图表。这些图表可以确定相应支撑刚度对应的压杆计算长度,并能直观的从图表中看出计算长度随着支撑刚度的变化趋势。     

斜腿框架的层抗侧刚度和稳定性

根据单层和一般多层斜腿框架的受力特点建立简化的层模型,基于斜腿框架层模型的抗侧刚度,提出了简单实用的有侧移失稳模式的临界荷载公式和计算长度系数公式,并利用有限元特征值分析进行了验证。     

影响钢框架柱计算长度系数的因素

计算长度系数法避免了对结构做整体屈曲分析,因此得到广泛应用。钢框架柱的计算长度系数与多因素有关,体现在初始几何缺陷、荷载条件、节点连接刚度、支撑刚度、层间相互作用和二阶效应等方面。国内外的许多学者已经推导了一些框架柱的计算长度系数公式,但一般是在一定的假设条件下推导出来的,没有充分考虑影响框架柱的计算长度系数因素。通过综述这些因素的影响,为今后提出更精确的计算长度系数方法提供参考。     

偏心支撑压弯构件稳定性分析

对压弯构件在跨中设置侧向支撑和扭转支撑时的稳定性进行研究 ,先就一般情况建立平衡微分方程 ,推导出压弯构件的稳定临界方程 ,在此稳定临界方程的基础上对偏心支撑压弯构件进行详细的分析 ,得到了使压弯构件计算长度减半的扭转支撑临界刚度表达式和侧向支撑临界刚度表达式 ,导出了判断支撑是否能使压弯构件计算长度减半的临界荷载偏心。此外还分析了非完全支撑时支撑刚度和构件承载力的关系 ,以及侧向支撑、扭转支撑及两者联合作用对构件承载力的影响 ,推出了上面所有分析的解析式     

非完全支撑的框架结构的稳定性

设置了支撑架的框架结构,当支撑刚度还不足以使框架柱可按无侧移框架确定计算长度时,如何确定框架柱的计算长度问题,本文对此进行了研究,提出了计算公式.本文还提出了使框架柱可按无侧移计算稳定性的支撑门槛刚度.适当考虑结构初始缺陷和侧向荷载的影响后,此刚度可作为确定框架柱计算长度时区分有侧移和无侧移框架的合理标准.     

带横向支撑压杆的稳定承载能力

本文通过对压杆横向支撑的刚度、内力的分析,揭示了横向支撑能否有效地减小压杆计算长度取决于支撑的刚度。在横向支撑满足一定刚度的条件下,压杆屈曲时支撑有刚度储备才能保证压杆临界荷载的增加。     

多高层框架-弯剪型支撑结构的稳定性研究

在多高层框架-支撑结构中,支撑体系通常有剪切型、弯曲型和弯剪型之分,三类支撑之间没有一个定量的区分准则。本文在变截面、变轴力弯剪型支撑柱稳定分析的基础上,提出了三类支撑的定量划分准则。对弯剪型支撑-框架结构的稳定性进行了研究,得到了使被支撑框架发生无侧移弹性失稳的支撑临界刚度的简单式,它可以作为结构稳定性设计中判定框架失稳模式的标准。同时给出了支撑刚度较小时框架临界荷载于支撑刚度的简单关系,可用于弱支撑框架的稳定性计算。研究结果对于高层、超高层建筑结构的稳定计算具有重要意义。     

支撑对柱计算长度系数的影响

支撑对框架结构侧移影响至关重要,而是否侧移直接影响柱的计算长度,本文将通过对四种不同类型的支撑计算,分析其对结构抗侧移刚度贡献的强弱;纯框架中各柱之间相互支撑,对各柱计算长度有较大影响,本文将推导出规范5.3.6-2中对柱计算长度系数修正的一种方法。     

支撑钢框架柱的计算长度

本文对多高层支撑钢框架柱的计算长度问题作了阐述。在结构基本失稳形式分析的基础上,给出了确定支撑框架柱计算长度的计算简图与计算公式,为便于工程设计运用,在充分利用《钢结构设计规范》(GBJ 17—188)中纯框架柱计算长度系数表格的基础上,提出了确定支撑钢框架柱计算长度系数的近似计算公式。     

基于虚拟嵌固点法计算钢管桩稳定性研究

既有建筑物增设地下空间时,需要采用桩基础支撑上部结构,才能开挖建筑物下的土体。随着桩周土体的减少,钢管桩的稳定性会相应降低。利用虚拟嵌固点法提出了桩入土深度部分处于嵌固、未嵌固和半嵌固三种状态下受压计算长度公式。在模型箱内利用杠杆加载的方式进行了钢管桩的受压稳定承载力试验,分析了不同直径、外露长度的钢管桩在改变入土深度过程中稳定性的变化规律,结果表明:随着桩入土深度的增加,桩的稳定系数趋近一定值,该深度即为临界入土深度;桩的临界入土深度与外露长度无关,但与桩的刚度有关,刚度较大的桩,其临界入土深度也相应增加。比较虚拟嵌固点法、试验和JTS 167-4—2012《港口工程桩基规范》中规定方法得到的稳定系数可知,规范方法计算值明显偏低,虚拟嵌固点法计算值与试验值比较接近。     

柱子的有效长度和刚度（上）

本文论述了求柱子的有效长度和刚度的简单近似公式,可用于稳定性分析和框架的侧移计算,包括填充墙效应。本文还确定了现行的设计图表和建议公式的应用范围。超出此范围时,推荐采用Grinter的替代框架和一个简单而准确的公式来计算其位移。在侧向偏心荷载的作用下,用层间刚度法来求稳定性。本文还为撑系框架和侧移框架给出了柱子的有效长度表。     

错列桁架体系柱子平面内计算长度

将《钢结构设计规范》(GB50017—2003)中框架体系支撑条件的区分引入到错列桁架的稳定分析中,考虑初始缺陷的影响,提出了强、弱支撑错列桁架体系的划分标准,推导出了错列桁架体系柱子平面内计算长度公式。强支撑体系中柱子计算长度可以按照规范GB50017—2003计算。对弱支撑体系,提出了柱子计算长度的实用计算公式。     

计算长度系数的物理意义及对各种钢框架稳定设计方法的评论

本将有侧移失稳的框架柱计算长度系数与结构力学的D值法联系，论证了柱子计算长度系数计算柱子抗侧刚度系数．通过柱子计算长度系数可以较精确地确定整个楼层的抗侧刚度。本计算表明考虑同层各柱的相互支援对框架柱计算长度系数进行修正后，薄弱层柱子的计算长度系数能够得到略偏安全的精度。利用整体分析时各个柱子的计算长度系数存在的关系就可以得到所有其它非薄弱层柱子的计算长度系数，且同样略偏安全。通过例子发现框架层与层相互作用的一个重要性质：层对层的支援，对同一层的每个柱子而言．获得的好处(临界力增加)或贡献出来的刚度(临界荷栽的减小)具有相同的比例。本对当前各种框架稳定性计算方法(传统的线性分析计算长度系数法、线性分析层整体稳定计算法、结构整体稳定计算法和二阶分析法)进行了简单的讨论。     

有侧移失稳半刚接钢框架柱的计算长度系数研究

本文按照梁有侧移失稳形式,采用螺旋弹簧模拟节点的半刚性,考虑了节点半刚性及柱两侧节点刚度不同时的相互影响,引入了连接相对柔度u和梁柱相对转角的分配系数α,得到了横梁线刚度修正系数β的计算公式,进而得到了半刚接钢框架柱的计算长度系数公式。由于考虑了柱子两侧节点刚度不同时的相互支援,柱的计算长度系数有所减小。柱子两侧半刚性节点刚度差值愈大,计算长度系数减小幅度愈大。因此,建议在计算半刚性连接框架时,尤其当柱子两侧半刚性节点刚度差值较大时,应按照本文提出的公式进行计算,将获得更精确的解。     

钢交错桁架体系平面内的柱子计算长度

将新修订的《钢结构设计规范》GB50017-2003中框架体系支撑条件的区分引入到错列桁架的稳定分析中，考虑初始缺陷的影响，提出了强、弱支撑错列桁架体系的划分标准，推导出了错列桁架体系柱子平面内计算长度公式。强支撑体系中柱子计算长度可以按照规范GB50017-2003计算；对弱支撑体系，提出了柱子计算长度的实用计算公式。     

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.     

钢结构中心支撑框架的抗震承载力设计

钢结构中心支撑框架是多层工业和民用建筑中广泛应用的抗侧力结构体系之一,其在地震动激励下的抗震问题十分复杂。为此讨论钢结构中心支撑框架的抗震承载力设计。首先,讨论我国抗震规范的中心支撑抗震承载力验算公式,指出其不可靠,过高估计了支撑屈曲后承载力。在与相关国外规范和试验数据比较的基础上,提出了更可靠、合理且简捷的支撑承载力验算公式。继而,讨论了支撑计算长度以及V和A形支撑横梁设计需特别注意的问题。最后,就中心支撑框架抗震承载力设计的问题进行讨论,指出,支撑设计应考虑支撑对支撑系统中钢柱轴力的影响和在地震作用组合下支撑屈曲与否的影响,并提出了建议设计方法,可供规范修订时参考。