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高层建筑钢结构巨型框架体系的高等分析理论及其实用计算

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目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1高层建筑钢结构的发展概况

1.2高层建筑的新体系——巨型结构的应用与特点

1.2.1巨型结构的概念与应用

1.2.2巨型结构的特点及分类

1.3高层建筑钢结构的设计特点

1.4建筑钢结构分析设计方法的缺陷和研究现状

1.4.1现行建筑钢结构设计方法的缺陷

1.4.2建筑钢结构分析设计方法的研究现状

1.5高层建筑钢结构的发展趋势

1.6结构高等分析的特点及现状

1.6.1结构高等分析的概念与特点

1.6.2结构高等分析的分类与现状

1.7本文研究的目的与主要工作

第二章三维梁柱单元二阶弹性刚度方程——SIFE模型

2.1概述

2.2基本假定

2.3三维连续体有限变形理论的基本描述

2.3.1物体变形和运动的描述

2.3.2应变张量

2.3.3应力张量

2.4三维梁柱单元的虚功增量方程

2.5考虑轴力和剪切变形影响的梁柱单元位移函数

2.5.1梁柱单元的横向位移函数

2.5.2梁柱单元的转角位移函数

2.6位移插值函数

2.7三维梁柱单元的几何非浅性刚度方程

2.8本章小结

附录2.1切线刚度矩阵的非零元素

附录2.2第i增量步开始时的己平衡节点力向量的各元素

第三章三维梁柱单元二阶非弹性刚度方程——SPZE模型

3.1概述

3.2基本假定

3.3三维梁柱单元的简化塑性区模型

3.4三维单元的屈服函数

3.5三维梁柱单元的截面弹塑性因子

3.6三维梁柱单元的轴向弹塑性因子

3.7三维梁柱单元的二阶非弹性增量刚度方程

3.8三维梁柱单元的坐标变换

3.9本章小结

第四章三维支撑单元的弹塑性刚度方程

4.1基本假定

4.2支撑杆件的计算模型

4.3三维支撑单元的弹塑性切线刚度矩阵

4.4本章小结

第五章三维结构非线性平衡方程的建立与求解

5.1概述

5.2结构非线性平衡方程的建立

5.3结构非线性方程的求解方法及迭代策略

5.4迭代收敛准则

5.5极值点的判别准则

5.6极限荷载的确定方法

5.7结构分析的破坏准则

5.8结构分析

5.9本章小结

第六章半刚性连接的三维结构双重非线性分析

6.1概述

6.2半刚性连接非线性性能的研究方法

6.3钢框架梁柱连接的性能与特点

6.4半刚性连接模型

6.5半刚性连接结构的分析方法

6.6半刚性连接三维单元的刚度矩阵

6.7半刚性连接结构的结构分析

6.8本章小结

第七章考虑节点域变形效应的三维结构双重非线性分析

7.1概述

7.2节点域分析模型

7.2.1 Krawinkler模型

7.2.2 Nakao模型

7.2.3 Kato-Chen-Nakao模型

7.2.4 Lui-Chen模型

7.3考虑节点域剪切变形影响的单元分析

7.3.1基本假定

7.3.2节点单元

7.3.3三维梁单元

7.3.4三维柱单元

7.3.5三维支撑单元

7.4考虑节点域剪切变形影响的结构分析

7.5本章小结

第八章巨型钢框架结构的二阶实用分析

8.1概述

8.2二维巨型钢框架结构的二阶实用分析

8.2.1二阶等效模型的建立

8.2.2巨型构件的等效刚度

8.2.3结构的二阶刚度方程

8.2.4例证

8.3三维巨型钢框架结构的二阶实用分析

8.3.1巨型钢框架结构三维等效模型的建立

8.3.2巨型构件的等效刚度

8.3.3等效节点域的等效刚度

8.3.4结构非线性分析

8.4本章小结

第九章总结及展望

9.1主要工作

9.2主要结论与建议

9.3展望

参考文献

作者简介

攻博阶段科研工作与科研成果

已录用的论文

攻博阶段的科研项目

致谢

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摘要

为了探讨巨型钢框架结构的高等分析方法,根据铁摩辛柯梁理论,首次提出了考虑剪切变形影响的稳定函数插值单元模型.该模型能准确反映单元真实的横向位移和转角位移;将传统的梁柱法与有限元法相结合,采用UL法,建立了严格三维梁柱单元几何非线性大变形增量虚功方程和刚度方程;根据框架结构加载试验表现出来的塑性铰形成机理,首次建立了三维梁柱单元的简化塑性区模型.该模型具有既能较全面正确地反映结构非线性性能,又能使计算比较简便快捷的特点;根据有限变形理论和Prandtl-Reuss理论,导出了三维梁柱单元的双重非线性增量刚度方程;根据空间支撑钢框架结构的受力特点,首次提出了该类结构的节点域模型,并以一种十分简捷的方式导出了考虑节点域剪切变形的三维梁、柱及支撑单元的切线刚度矩阵;同时也建立了该类结构考虑半刚性连接的各三维单元双重非线性增量刚度方程;根据上述理论公式,编制了三维结构的三重非线性(暂称几何非线性、材料非线性和连接非线性为三重非线性)分析程序.为了寻求巨型钢框架结构的实用分析方法,根据连续化概念和刚度等效原则,分别建立了巨型钢框架结构的二阶二维和三维等效模型;并详细推导了各等效构件和等效节点域的等效刚度;编写了相应的几何非线性分析实用程序.

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