平面钢框架的稳定性分析及改进假想荷载法

摘要

钢框架是钢结构中的一种基本体系。目前国内外主要采用计算长度系数法和假想荷载法对钢框架进行稳定设计。本文研究了这两种稳定设计方法的理论基础和实用价值，对它们进行了讨论和比较。为了提高钢框架初步稳定设计的效率，本论文提出了改进假想荷载法，并对该方法做了具体的讨论、推导及验证。本文主要研究内容如下：
　　(1)引入了弹性稳定分析中普遍适用的转角-位移法。本文运用转角-位移法详细讨论了多层多跨刚架的弹性屈曲问题，推导出《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中有侧移和无侧移失稳框架柱的计算长度系数取值公式。深入研究了规范压弯构件稳定公式的来历，指出对于冷弯薄壁型钢构件一阶内力下的平面内稳定计算等效于考虑初始缺陷并进行二阶内力分析后的强度计算。而一般压弯构件的一阶内力分析的稳定验算仅在计算形式上基本等价于考虑了初始缺陷和二阶效应后的强度验算，本质上却是极值失稳验算。
　　(2)阐述了假想荷载法的基本思想，推导了《钢结构设计规范》（GB50017-2003）所规定的有侧移框架的二阶弹性分析简化方法中侧移弯矩增大系数的取值公式。指出与计算长度系数法相比，假想荷载法有两个优点：一是不用确定柱子计算长度系数，二是可以获得考虑初始缺陷后近似计算的二阶内力。进一步提出了能够应用于钢框架初步稳定设计的简化方法，即改进假想荷载法：改进假想荷载+一阶分析+强度计算。用改进假想荷载法配合一阶分析的方法与计算长度系数法进行校准，得到了框架柱的改进假想荷载理论取值公式。
　　(3)提出如何利用ANSYS进行二阶弹塑性分析的方法，为各种钢框架稳定设计提供校核标准。通过第四章的验证可知，改进假想荷载法能够得到与计算长度系数法基本一致的框架极限承载力，并且改进假想荷载法能够得到反映初始缺陷和二阶效应影响的内力，能够较准确地代表框架的实际受力状态。
　　(4)为了使改进假想荷载法从理论分析进入实用设计阶段，本文讨论了影响改进假想荷载系数取值的因素，经大量的校核后给出了针对实腹式工字型截面绕强轴失稳时纯框架的简化改进假想荷载取值公式。通过四个典型框架的验算知，简化公式基本上能够准确地考虑初始缺陷和二阶效应的影响，从而使改进假想荷载法能够快捷地对钢框架进行初步稳定设计。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 概述

1.2 框架稳定研究方法及现状

1.3 本文研究目的和意义

1.4 本文研究的主要内容

2 平面框架弹性稳定分析

2.1 概述

2.2 考虑二阶效应的转角-位移法基本方程

2.3 多层多跨刚架的屈曲

2.4 传统的计算长度系数法

2.5 计算长度系数法能够应用于框架柱稳定设计的实质

2.6 修正计算长度系数法

2.7 《钢结构设计规范》稳定公式的讨论

2.8 本章小结

3 假想荷载法及其改进

3.1 概述

3.2 假想荷载的意义

3.3 二阶弹性分析近似公式

3.4 侧移弯矩增大系数 2i? 的推导

3.5 计算长度系数法和假想荷载法的相关评价

3.6 简化的稳定设计方法

3.7 改进假想荷载法

3.8 本章小结

4 改进假想荷载法的ANSYS有限元验证

4.1 概述

4.2 ANSYS弹塑性分析方法

4.3 改进假想荷载法的验证

4.4 本章小结

5 改进假想荷载取值公式的实用简化

5.1 改进假想荷载取值公式的简化

5.2 改进假想荷载简化公式验算

5.3 本章小结

6 本文工作总结与展望

6.1 工作总结

6.2 存在的问题和后续工作的展望

致谢

参考文献

附 录