考虑竖向力影响时侧移框架的修正计算长度系数

推导了竖向力对框架的抗侧刚度影响系数α,并分别对计算侧移框架二阶效应的P-Δ法、二阶弹性分析法和双二阶效应法的计算长度系数进行修正。通过与《钢结构设计规范》(GB50017—2003)比较得知,双二阶效应法计算长度系数取值比规范安全,修正后的P-Δ法和二阶弹性分析法与规范最为接近,而二阶弹性分析法和P-Δ法在梁柱线刚度比K1大于1时偏于不安全。     

动力P-Δ效应位移增大系数研究

位移增大系数法是弹性状态下考虑P-Δ效应对结构位移放大作用的有效简化分析方法,但地震作用下的P-Δ效应是一个复杂的动力几何非线性及材料非线性问题,目前还没有成熟统一的考虑方法。本文对地震作用下P-Δ效应稳定指标的合理选取进行了讨论,以等效线性化法为理论基础提出了改进的P-Δ效应位移增大系数公式。作为验证,选取单墩体系进行了大量的参数分析工作,统计分析得到了动力P-Δ效应对结构位移反应的影响规律。研究表明,桥梁稳定指标的选取应与桥墩所处的反应阶段相适合,弹性反应阶段与弹塑性反应阶段应选取不同的稳定指标;提出的理论公式与有限元参数分析结果比较吻合,利用等效线性化方法可以合理地进行P-Δ效应分析,所提公式可为规范的进一步修订提供参考。     

长周期超高层建筑三维稳定设计及其扭转屈曲因子

讨论了长周期超高层钢筋混凝土建筑的三维稳定设计。以巨型框架-核心筒结构体系为背景,对15个案例进行弹性屈曲和地震反应分析。所有案例的扭转屈曲均为第一扭转模态,与收集到的8个工程实例的屈曲性能基本一致。弯矩作用平面内的P-Δ效应仍是重力二阶效应的主要表现形式。但是,5%偶然偏心的计入对于偏心明显的长周期超高层建筑而言,P-Δ,θ效应会进一步放大构件的变形,导致配筋的增加。典型工程实例的推覆分析表明,P-Δ,θ效应对结构整体的抗倾覆能力也许不会产生实质性的影响。另外,由于屈曲分析与自由振动分析微分方程的一致性,对于长周期超高层建筑,推荐使用扭转屈曲因子λt cr替代周期比作为控制抗扭刚度的指标。     

海口双子塔-南塔结构整体稳定与关键构件计算长度系数研究

海口双子塔-南塔位于地震高烈度与强台风区,结构设计存在较大挑战,其整体稳定及构件稳定承载力验算是其中的重要内容。首先采用倒三角分布荷载、风荷载和地震作用三种荷载分布形式计算了结构的弹性等效侧向刚度,并据此得到了结构的刚重比和P-Δ效应的影响,结果表明,结构具有较好的抗侧刚度和整体稳定性能。使用MIDAS Gen软件进行了结构整体屈曲分析,进一步印证了结构具有良好的整体稳定性能。通过弹性屈曲计算了巨型柱及RCFT中柱的屈曲临界荷载,并使用欧拉公式反算了计算长度系数。     

弹性支撑拱结构的动力特性研究

以三次B样条函数的线性组合作为拱结构位移振型函数,根据哈密顿原理推导出了弹性支撑拱结构的频率方程,考虑了拱脚处集中质量的附加惯性力等因素的影响,计算分析了竖向弹性支撑和旋转弹性支撑对拱结构动力特性的影响,提出了竖向临界刚度系数的概念。研究结果表明:竖向弹性支撑会使拱结构的基本频率减小,当矢跨比为0.1左右时影响最为显著,同时还会改变拱结构振型序列特点;竖向临界刚度系数是拱结构动力特性的分界点,此时拱结构的基本频率和第二频率几乎相等,若竖向支撑刚度系数小于临界刚度系数,结构的第1阶振型是对称的,而第2阶振型是反对称的,与刚性支撑拱结构的振型序列不同;若竖向支撑刚度系数大于临界刚度系数,结构的第1阶振型是反对称的,而第2阶振型是对称的,与刚性支撑拱结构的振型序列相同;旋转弹性支撑会使拱结构的基本频率减小,但并不改变其振型序列特点。     

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。     

考虑非弹性特征的钢筋混凝土框架杆件刚度折减系数

用经过刚度折减的二阶弹性分析来考虑有侧移框架二阶效应的简化设计方法已初步被我国规范所接受。考虑非弹性特征的钢筋混凝土杆件刚度折减系数的合理取值应以钢筋混凝土框架非弹性分析为基础,按框架顶点位移和各层层间位移相近似的原则来确定。再通过与美国,新西兰等国家现行的刚度折减方案的对比,为规范修订提供钢筋混凝土框架杆件刚度折减系数的建议方案。     

钢框架结构考虑荷载-位移效应的抗震性能分析

为研究荷载-位移(P-Δ)效应对圆弧削弱节点空间钢框架结构抗震性能的影响,采用ANSYS有限元结构分析软件建立空间钢框架计算模型。钢框架分析中分别考虑无轴压、均布面压力轴压和集中力轴压3种荷载工况,进行低周往复荷载有限元模拟分析。对比分析3种荷载工况作用下的滞回曲线、骨架曲线、退化曲线和耗能能力指标。分析结果表明:P-Δ效应对结构水平变形和承载力有较为明显的影响,对结构有明显附加荷载作用,结构滞回环出现"负刚度"现象,加载刚度小于卸载刚度,并且滞回环包围面积有大幅度减小,说明P-Δ效应导致结构的耗能及延性均产生较大退化,结构抗震试验及分析中应充分考虑其不利影响。     

动力P-△效应位移增大系数研究

位移增大系数法是弹性状态下考虑P-△效应对结构位移放大作用的有效简化分析方法,但地震作用下的P-△效应是一个复杂的动力几何非线性及材料非线性问题,目前还没有成熟统一的考虑方法.本文对地震作用下P-△效应稳定指标的合理选取进行了讨论,以等效线性化法为理论基础提出了改进的P-△效应位移增大系数公式.作为验证,选取单墩体系进行了大量的参数分析工作,统计分析得到了动力P-△效应对结构位移反应的影响规律.研究表明,桥梁稳定指标的选取应与桥墩所处的反应阶段相适合,弹性反应阶段与弹塑性反应阶段应选取不同的稳定指标;提出的理论公式与有限元参数分析结果比较吻合,利用等效线性化方法可以合理地进行P-△效应分析,所提公式可为规范的进一步修订提供参考.     

火灾后SRC柱-RC梁框架结构性能反复加载试验研究（英文）

对一个SRC柱-RC梁框架在火灾后与另一个对照框架在常温下进行了低周反复加载试验,研究了该框架的火灾后性能,评价了框架的承载力、刚度退化、延性、耗能能力、累积损伤,同时对P-Δ效应进行了分析。试验结果表明,与未暴露在火灾的SRC柱-RC梁框架相比,火灾后SRC柱-RC梁框架的承载力降低、刚度减小、延性系数下降、累积损伤增大,且P-Δ效应更为明显。由于框架柱截面中有核心钢的存在,SRC柱-RC梁框架在火灾后的滞回曲线仍保持饱满,破坏前的承载力可以保持在较高的水平,依然表现出良好的耗能能力。其塑性极限转动超过0.04rad,可以满足中国抗震设计规范的要求。     

“互”形节点钢框架抗震性能的有限元分析

为研究“互”形节点钢框架的抗震性能，设计了三种不同节点形式的一榀两层单跨钢框架，分别为无悬臂梁段普通标准连接节点钢框架OSF、带悬臂梁段普通栓焊混合连接节点钢框架OHF和“互”形节点钢框架HXF，利用有限元软件ABAQUS对三种节点形式的钢框架进行了拟静力加载分析。同时，为分析P-Δ效应对“互”形节点钢框架抗震性能的影响，对5种不同荷载工况下的“互”形节点钢框架模型进行了有限元模拟。有限元分析结果表明：与其他节点形式钢框架相比“，互”形节点钢框架滞回曲线更加饱满，滞回环的面积更大，延性更好，刚度退化更慢，耗能能力更强。受P-Δ效应影响，柱顶竖向荷载越大“，互”形节点钢框架的极限承载力和耗能能力下降越显著。在施加柱顶荷载时，柱顶集中力作用工况下的“互”形节点钢框架受P-Δ效应影响更加显著，更符合真实的工况环境；梁上荷载对“互”形节点钢框架的极限承载力和延性影响较大，在设计时不应忽略。     

半刚性钢框架的直接分析方法理论研究

介绍了一种针对半刚性连接钢框架的直接分析法,该方法可以同时考虑结构和构件的初始缺陷、几何非线性(包括P-Δ,P-δ效应)、材料非线性以及半刚性连接(支座)对结构受力性能的影响。建立了可同时考虑初始缺陷、半刚性连接以及塑性铰的弯曲稳定函数单元(CSF单元),推导了CSF单元的二阶单元刚度矩阵,并扩展为三维单元刚度矩阵。采用弹簧单元对半刚性连接和塑性铰单元的非线性行为进行了模拟,确定了塑性铰出现的判断准则以及弹簧刚度的取值,定义了结构破坏准则。利用NIDA程序对3组半刚性连接框架结构进行了直接分析,并与试验结果进行了对比。对比分析表明:利用NIDA程序得到的结果与试验结果吻合较好,验证了直接分析法对半刚性连接钢框架进行结构分析的有效性和可靠性。     

抗弯刚度对斜腿钢架计算长度系数影响

在研究斜腿钢框架的抗侧移刚度时,因其受力机制已经改变,故不能再用分析直腿钢框架的模式。现本文主要研究斜腿柱与横梁在抗弯刚度变化的条件下对计算长度系数的影响,将所得的计算长度系数绘制成图,通过图表的形式进行对比分析趋势,则可更加直接明了的反映其影响。     

轴压力下薄壳边界效应的刚度与稳定性分析

作者前已指出薄壳边界效应理论并不限于轴对称壳及扁壳．而可发展为实用薄壳力学[1-3]．同时．薄壳的稳定分析也是当前的困难问题^[4]，对于压弯杆件作者曾提出用刚度系数法来分析稳定问题．这种方法不仅可以分析单杆的稳定，而且可以分析多杆如连续框架的稳定^[5]．本文从变分原理出发．建立了轴压力下薄壳最应的方程，由此求出刚度系数并作了稳定性分析。值碍提出，刚度系数不仅可用作稳定性分析．而且用来分析结构具有很高的应用价值．例如在高层建筑结构设计中常用到P-△分析法．用作者的刚度系数法会获得更准确的结果^[4]．本文作者提出的刚度系数也可以用于单壳及连续壳的分析．     

超高层建筑风致振动的P-Δ效应

基于超高层建筑的质点系简化模型,构造等效水平力偶代替重力引起的附加倾覆弯矩,并将该水平力偶项转化为一个附加刚度矩阵,只需要将原有刚度矩阵减去该附加刚度矩阵,即可实现常规风振响应分析方法框架下的考虑P-Δ效应的结构风振响应分析。将上述方法应用于432m高的广州西塔风振响应分析中,结果表明:考虑P-Δ效应后,在敏感风向角下的顶部峰值位移、峰值加速度和基底倾覆弯矩均比不考虑P-Δ效应时有显著增大,说明超高层建筑风致振动的P-Δ效应应该得到足够的重视。     

半刚接钢框架柱的稳定分析方法

根据钢框架稳定设计中柱子计算长度的概念,研究了钢框架中梁柱节点半刚性连接柱的计算长度系数取值问题,采用螺旋弹簧模拟梁柱节点连接的半刚性,考虑了梁柱间的相对转角关系,通过引入梁柱线刚度比修正系数的计算方法,推导了有侧移和无侧移半刚接钢框架柱计算长度系数的修正公式。研究结果表明:受节点半刚性影响,半刚接钢框架柱的计算长度系数比按刚接考虑的计算长度系数要大,约增大2%～6%;框架柱除底层外,其上下两端与横梁的连接基本是半刚接的形式,按横梁有侧移考虑,柱的计算长度系数比柱两端按刚性节点计算出的计算长度系数值增大了4%左右。由此可见,在钢框架的稳定分析和设计中,应考虑由于梁柱节点采用半刚接的连接形式,对框架柱的稳定性产生的不利影响。     

第六讲 框架稳定

本讲首先讲述了计算框架稳定的转角位移法,并以此为基础分析了典型框架的临界条件。对有水平荷载作用的框架,着重分析了非弹性稳定,介绍了二阶分析的简化方法,除竖载-侧移效应外,本讲还分析了轴力使构件刚度下降的二阶效应影响。     

高层钢框架结构考虑P-Δ效应的弹性层间有害位移的简化计算

高层钢框架结构在水平荷载作用下,层间位移包含有害位移和无害位移两部分.在结构侧移的传统计算中,通常忽略P-Δ效应的影响;在二阶侧移计算中,也未从有害位移的角度进一步分析,这对较柔的高层钢框架结构来说会造成较大的误差.因此,针对这一问题,提出了高层钢框架结构考虑P-Δ效应影响的弹性层间有害位移的简化计算方法.通过采用简化方法和对角撑法对一个承受水平均布荷载的15层纯钢框架结构进行模拟计算对比,并讨论了P-Δ效应对层间有害位移的影响.结果 表明提出的简化方法实用可行,能够很好地满足工程的实际需求.     

薄钢板剪力墙地震力折减系数和位移放大系数分析

基于薄钢板剪力墙的等效拉杆理论,利用SAP2000有限元分析软件,通过10层3跨结构倒三角型和均匀分布两种基本加载模式的底部剪力V-顶点位移Δ曲线和多条地震波增量动力分析法得到的平均V-Δ曲线的差值建立了函数关系,获取了相关的计算系数,进而推算出了7跨相同层数的结构在地震作用下的抗震性能。对所设计的抗弯钢框架-薄钢板剪力墙结构体系的抗震性能进行了评估,通过Matlab语言编写的能力谱法程序计算出了结构在小震和中震下前三阶振型的需求谱、能力谱和性能点。利用改进的能力谱法计算出了10层7跨抗弯钢框架-薄钢板剪力墙结构中震下的地震力折减系数R、超强系数R_Ω和延性折减系数R_μ分别为2.81、2.58和1.09;大震下的位移放大系数Cd为4.12。     

二阶效应的荷载判别式

结构设计过程中各种判断二阶效应的理论公式都比较复杂和繁琐。以单层钢框架为例,从放大系数与稳定系数之间的关系出发,推导出的二阶效应荷载判别公式形式简单,概念清楚,应用方便。