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。     

弯曲型支撑-框架结构的屈曲及位移和弯矩放大系数

本文对等刚度和等轴力的理想化弯曲型支撑-框架结构的稳定性,采用连续化模型进行了研究,得到了整体有侧移屈曲的总临界荷载计算公式,并对均布水平力和倒三角分布的水平力作用下的侧移和内力进行了线性和二阶分析,得到了考虑二阶效应后框架柱弯矩和整体侧移的二阶效应放大系数,提出了简单的计算公式。     

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.     

双重抗侧力体系的弹性稳定分析

采用连续的悬臂梁模型,对弯曲型支撑-框架体系的弹性稳定进行研究,得出了体系有侧移失稳的临界荷载公式。在此基础上分析并提出了弯剪型支撑双重抗侧力体系的临界荷载公式,并与有限元方法结果进行对比,所得公式精度良好。提出的公式对工程实际应用具有参考意义。     

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。     

考虑半刚性连接有侧移钢框架基本周期的计算方法

为分析半刚性连接对有侧移钢框架结构层间抗侧移刚度的影响,推导了考虑采用半刚性连接时,有侧移钢框架层间抗侧移刚度的计算式,利用推导出的计算式计算钢框架层间抗侧移刚度;并利用经验算式计算钢框架的各层水平位移及基本周期。将计算结果与传统的不考虑半刚性连接的柱抗侧移刚度修正系数法计算所得到的结果进行对比分析,可知考虑半刚性连接时,钢框架各层水平位移显著大于不考虑半刚性连接时的情况;采用所提出的方法得到的基本自振周期计算结果是不考虑半刚性连接的1.62倍;因此,对钢框架进行结构性能分析时,半刚性连接的影响应引起足够的重视。     

带X型支撑钢筋混凝土框架结构抗震性能分析

为了提高钢筋混凝土框架结构抵抗超设防烈度地震的能力,研究了在框架中合理设置支撑对结构抗震性能的影响.以某8层框架工程为背景,对3种不同的结构方案——无支撑钢筋混凝土框架、带X型钢管支撑钢筋混凝土框架和带X型钢管混凝土支撑钢筋混凝土框架结构在强震作用下的受力性能进行了Pushover分析.结果表明:在钢筋混凝土框架结构中合理设置支撑可以有效提高结构抗侧刚度,增大结构耗能能力和抗震能力,减小结构顶点侧移和层间侧移;不同材料的支撑起到的抗震效果也不相同,对于本文分析模型,合理设置钢管混凝土支撑起到的抗震效果比设置钢管支撑更加明显.     

多高层预应力钢结构索支撑-框架静力性能研究

将预应力索支撑引入多高层钢结构,提出耗能预应力索支撑-框架结构,该结构体系能有效提高框架结构的抗侧能力和侧移延性,减小柱子计算长度,降低结构用钢量。利用有限元分析方法,分别对预应力索支撑-刚接框架、预应力索支撑-半刚接框架以及纯刚接框架进行静力性能分析,研究轴压比对三者的弹塑性发展、极限承载力、破坏机理、侧移刚度和侧移延性等方面的影响规律。研究表明,设置索支撑除增大框架抗侧刚度和提高极限承载力外,更重要的是提高侧移延性,改善破坏模式,且当外荷载去除或减小时使框架全部或者部分回到原始平衡位置,实现自复位。另外,随着轴压比的增大,三者抗侧承载力均降低,纯框架侧移延性降低,但索支撑-框架延性基本不受轴压比影响。     

预应力巨型支撑—钢框架结构侧移模式研究

基于纯钢框架结构及钢框架—支撑结构的受力特点,提出新的结构形式——预应力巨型支撑—钢框架结构体系。采用SAP2000建立不同结构尺度的二维结构模型,变化框架相对抗侧刚度,进行几何非线性有限元分析,并与纯钢框架结构、非预应力巨型支撑—钢框架结构比较,着重研究预应力巨型支撑—钢框架结构的侧移模式,结果表明预应力巨型支撑可以显著提高结构的抗侧刚度;预应力巨型支撑—钢框架结构侧移模式具有弓形特征,钢框架相对抗侧刚度越小,弓形特征越明显;高层预应力巨型支撑—钢框架结构侧移模式呈现多个弓形串联特征,串联节点正是预应力巨型支撑锚固位置所在。     

双肢冷弯C型钢支撑框架抗震性能试验研究

双肢冷弯薄壁C型钢框架是一种新型的钢框架结构。对两榀3层单跨双肢冷弯薄壁C型钢框架进行拟静力试验,以是否设置交叉支撑作为设计参数,研究支撑对该类钢框架抗震性能的影响。通过对两榀框架结构的试验破坏现象、滞回曲线和骨架曲线的分析,得到了两榀框架结构的破坏模式和各项抗震性能指标,总结了交叉支撑对框架传力机制及抗震性能的影响。结果表明,该类钢框架结构的破坏模式符合"强柱弱梁"的抗震设计要求,具有良好的延性和耗能能力,承载力退化稳定;增设交叉支撑后,框架结构的承载力和刚度明显提高,框架侧移明显减小,但延性和耗能能力有所降低;通过对支撑及框架的受力分析结合试验结论提出该类框架结构支撑的设计建议。     

拱墙结构平面外失稳机理与设计研究

拱墙是一种由拱、立柱、横梁组合而成的竖向平面结构，横梁上的竖向平面内荷载通过立柱传递到大跨度拱体中。为研究拱墙结构的失稳机理，采用有限元分析方法，对拱墙模型在弹性和弹塑性条件下的稳定性能进行了研究。分析结果表明：立柱侧向刚度及横梁侧向支撑刚度是影响拱墙稳定性能的主要因素，当横梁侧向支撑刚度小于其门槛刚度时，拱墙的屈曲模式表现为拱墙整体平面外失稳；当横梁侧向支撑刚度大于其门槛刚度而立柱的侧向刚度小于其门槛刚度时，拱墙的屈曲模式表现为拱体的平面外失稳；当横梁侧向支撑和立柱的侧向刚度均大于各自的门槛刚度时，拱墙的屈曲模式表现为拱墙整体平面内失稳。结合某火车站站房工程，建立了横梁位置施加侧向弹簧支撑和带纵向桁架的两种拱墙模型，分析了该拱墙结构的平面外稳定承载力。结果表明，纵向桁架为拱墙横梁提供的平面外支撑刚度远大于拱墙的侧向支撑门槛刚度，提高拱墙的平面外稳定承载力需通过增大立柱的侧向刚度和加强立柱两端的可靠连接实现。     

支撑布置对钢框架结构抗侧刚度的影响

纯钢框架建筑结构体系刚度较小,层间位移起主要控制作用,设置支撑体系可有效地提高结构的整体抗侧刚度,减少结构用钢量。以广泛应用的多高层钢框架支撑结构为对象,通过计算不同支撑类型及支撑布置方式下钢框架支撑结构的顶点位移,研究了支撑形式对多、高层钢框架结构抗侧刚度的影响。研究结果表明,对于不同的支撑类型,支撑沿竖向集中布置于中间跨的钢框架结构抗侧移刚度好于将支撑布置在边跨以及其他跨上。对于相同的支撑布置方式,不论是中心支撑,还是偏心支撑,在抗侧刚度和经济性方面,人字形支撑框架均好于单斜杆支撑框架。     

双层纵向柱列支撑的设计要求

支撑体系的作用是保证柱列的几何不变性和减少柱子计算长度。本文从柱列整体稳定性出发,对双层纵向支撑体系的强度和刚度设计要求进行了研究,分别得到了横系杆完全刚性、交叉支撑完全刚性以及支撑构件有限刚度情况下,对支撑的门槛刚度要求;考虑实际柱列的初始缺陷,确定最不利初始缺陷组合情况下,使柱列极限承载力达到计算长度减半的欧拉荷载所需要的支撑的强度设计要求。     

多遇地震作用下高层钢结构支撑形式设计分析

支撑体系是钢框架结构的重要组成部分,尤其在高层结构中,支撑对提高侧向刚度作用显著。针对高层钢结构中普遍采用的几类支撑形式,分别对其进行多遇地震作用下的承载力极限状态和正常使用极限状态分析。采用的主要分析方法是有限元模型在天津波作用下的时程响应数值模拟,并对杆件应力、层间位移等重要控制变量进行对比分析。研究表明采用合适的支撑形式可有效地提高高层结构侧向刚度。在相同用钢量前提下,十字支撑和人字支撑的作用最为显著。     

Sensitivity analysis of critical forces of trusses with side bracing

The present research is devoted to the study of out-of-plane buckling of trusses with elastic side bracing. In this paper, a sensitivity analysis of critical buckling loads of a truss due to bracing stiffness is carried out. A method based on the sensitivity analysis for the determination of the threshold bracing stiffness condition for full bracing of a truss is proposed. The influence lines of the unit change of the bracing stiffness on the buckling load, for different initial bracing stiffness, are investigated. The approximations of an exact relation between the buckling load and bracing stiffness are found. The buckling length related to the side-support distance as a function of bracing stiffness is also determined. It is shown that the buckling length of truss chords with elastic side supports is larger than that assumed in design codes.     

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     

斜隅支撑钢框架体系的隅撑位置分析

斜隅支撑框架体系(KBF)是一种新型消能支撑框架钢结构体系,它具有延性好、抗侧移刚度大、震后容易修复的特点。结构主要构件在隅撑的保护下即使受到罕遇地震荷载作用也不易受到损伤。本文针对隅撑的安装位置并且运用有限元方法对其进行弹塑性加载分析,总结出一些结论和设计建议。     

钢筋混凝土异形柱框架斜撑结构特性探讨

以K形斜撑为代表 ,采用杆系空间分析模型 ,通过对一批异形柱框架 斜撑结构典型工程算例的系统理论分析 ,研究了地震作用下钢筋混凝土异形柱框架 斜撑结构的内力分布规律、水平位移特性及自振特性。提出了自振周期的近似计算公式、斜撑与框架侧移刚度比范围及确定斜撑截面高度的公式 ,供工程实用参考     

有平面外支撑的工形截面圆弧钢拱弹性稳定性能及支撑刚度设计

采用有限元特征值屈曲数值方法，对平面外支撑工形截面圆弧拱弹性屈曲荷载及其刚度取值进行研究。在考虑各种荷载条件与拱脚条件下，研究了支撑刚度，约束类型、数量以及作用位置对钢拱平面外屈曲性能的影响，对于设置等间距侧向支撑的情况，给出了侧向支撑弹性门槛刚度的拟合式，并提出了支撑点间拱段不发生平面外弹性失稳的条件。研究结果表明：平面外支撑越靠近拱顶，其防止平面外失稳的工作效率越高；设置侧向支撑的钢拱屈曲时，随着支撑刚度的增大其屈曲半波数逐渐增加，而仅在拱顶设置扭转约束时始终呈现1个半波失稳模式；从均匀受压圆弧拱的情况获得的等间距侧向支撑门槛刚度，应用在其他组合荷载作用下，同样可以获得足够的支承刚度；当工形截面钢拱的支撑点间拱段长度满足所提出的要求时，钢拱平面外失稳不先于平面内反对称整体失稳。