钢筋混凝土两跨排架柱二阶效应规律及等效长度研究

摘要

我国现行《混凝土结构设计规范》中关于排架柱等效长度的规定从前苏联引入近五十年来一直未作改变,且缺少理论依据,而已完成的对排架柱等效长度的研究中,或者存在概念性问题,或者尚需进一步确认和完善。基于此种情况,本论文作者所在研究团队承担了中国建筑科学研究院的《〈混凝土结构设计规范〉(GB50010-2010)二阶效应设计方法后续问题研究》项目。本论文在团队已有研究成果的基础上,通过系列算例对钢筋混凝土两跨排架柱的二阶效应规律及等效长度取值进行了研究。
　　本论文以吊车吨位、排架跨度、上下柱高度比β、基本风压作为四个可变因素,根据通用图集分别设计出系列两跨等高和不等高排架模型。用有限元分析软件ETABS对每个排架模型在荷载组合作用下进行弹性一阶和二阶分析,由二阶分析结果判断出排架各柱段控制截面的最不利荷载组合项,最后用最不利荷载组合项的分析数据求出弯矩增大系数η,并通过η-l0法反算出排架各柱段的等效长度0l。本论文在研究过程中所做的工作和取得的成果有:
　　(1)对能近似考虑排架柱二阶效应的η-l0法作了简要回顾,并对02版和10版《混凝土结构设计规范》有关二阶效应的规定作了简单梳理。
　　(2)对作用在排架结构上的各种荷载作了详细讨论,比较了《建筑结构荷载规范》GB50009-2012与GB50009-2001在排架结构荷载组合方式上的差异,并用一个单跨排架算例证明了两种不同的荷载组合方式对论文的研究结果影响不大,最终得到的弯矩增大系数η和等效长度系数μ也具有很好的稳定性。
　　(3)用34个算例对两跨等高排架柱的二阶效应及等效长度进行了研究。发现在吊车吨位、排架跨度、上下柱高度比β、基本风压四个因素中,对排架柱二阶效应及等效长度影响最大的是上下柱高度比β,且其规律表现为:随上下柱高度比β的增大,排架上柱的弯矩增大系数η减小,等效长度系数μ也随之减小;随上下柱高度比β的增大,排架下柱的弯矩增大系数η也减小,而等效长度系数μ反而增大。
　　(4)以上下柱高度比β为影响因素,给出了两跨等高排架柱等效长度系数μ的取值建议,并通过若干算例验证了建议方案的合理性。
　　(5)用9个算例对两跨不等高排架柱的二阶效应及等效长度作了简单探讨。发现两跨不等高排架柱的二阶效应及等效长度规律和两跨等高排架的规律基本上是一致的,且上下柱高度比β仍然是最主要影响因素。
　　(6)把两跨等高排架和两跨不等高排架边柱的弯矩增大系数η和等效长度系数μ与单跨排架进行了对比,发现三种排架柱的弯矩增大系数η和等效长度系数μ的变化规律基本一致,且取值范围也相差不大,绝大多数等效长度系数μ取值能被两跨等高排架柱等效长度系数μ的建议值包含住,因此可以认为两跨等高排架柱等效长度系数μ的建议方案同样也适用于两跨不等高排架结构柱;而两跨不等高排架中柱使用两跨等高排架的建议方案也是偏于安全的。