多高层框架－支撑结构的弹塑性稳定性分析及其支撑研究

摘要

该文通过对弯剪型支撑(包括实腹式悬臂柱和桁架式支撑结构)的稳定性研究,提出了支撑的区分标准,根据此标准支撑结构可以被划分为弯曲型支撑、剪切型支撑和弯剪型支撑三类.文章研究了弯曲型支撑一框架结构的稳定性.在刚弹性模型分析和大量有限元计算的基础上,建立了弯曲型支撑刚度与框架临界荷载的关系式.而后研究了支撑刚度变化对框架屈曲模态及各阶模态对误码的屈曲荷载的影响.进一步,根据弯曲型支撑刚度与框架临界荷载的变化关系,得到了使框架发生无侧移失稳的弯曲型支撑临界刚度的计算式.在已有弯曲型支撑研究结果的基础上,把框架一弯曲型支撑双重结构体系中支撑刚度与框架临界荷载的关系式推广到了框架一弯剪型支撑的情况,得到了弯剪型支撑的临界刚度计算式和非完全支撑(弱支撑)框架临界荷载的计算公式.利用虚位移原理和更新的拉格朗日方法,导出了大位移弹塑性梁单元刚度矩阵的显式表达式,在刚度矩阵推导中引入了截面内非线性剪应力和横向应力的影响,刚度矩阵通过了刚体检验.之所以要引入横向应力的影响,是因为该文认为,保持平衡所需的所有应力,它们各自的二阶效应会相互抵消,因此忽略其中的任何一项都可能导致不正确的结果.在非线性计算上,该文采用广义位移控制法控制荷载的步长,利用增量切线刚度法处理材料非线性.一系列的典型算例分析表明,该文提出的弹塑性大位移梁单元,能够准确的跟随踪结构变形的整个过程,包括极值点失稳和跳跃屈曲的情况,可以运用于框架结构的屈曲后性能研究和非线性极限承载力的分析计算.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2框架结构的分析设计方法

1.2.1框架稳定设计的计算长度法

1.2.2框架弹塑性整体分析的方法

1.3多高层钢框架－支撑结构研究概况

1.3.1概述

1.3.2多层框架的支撑形式和支撑分类

1.4本文所做的主要工作

参考文献

第二章弯曲型支撑框架结构的稳定性

2.1引言

2.2分析模型和基本假定

2.3刚性柱模型的研究

2.4有支撑框架的失稳模态

2.4.1无支撑框架的屈曲模态

2.4.2有支撑框架的屈曲模态

2.4.3模态分析结论

2.5框架临界荷载与支撑刚度的关系

2.5.1等刚度等轴力框架的临界荷载

2.5.2变刚度变轴力框架临界荷载与支撑刚度的关系

2.6框架的临界支撑刚度

2.7结论

参考文献

第三章弯剪型支撑框架结构的稳定性

3.1引言

3.2支撑的分类和弯剪型支撑的临界荷载

3.2.1变截面悬臂支撑柱的临界荷载

3.2.2考虑剪切影响时的支撑柱屈曲模态

3.2.3弯曲型、弯剪型和剪切型支撑的分类准则

3.3弯剪型支撑框架的临界荷载

3.4支撑刚度与框架的屈曲模态的关系

3.5框架的临界支撑刚度

3.6结论

参考文献

第四章平面梁柱单元大位移弹塑性分析

4.1引言

4.2大位移弹塑性梁单元

4.2.1梁柱弹塑性大变形分析的变分原理

4.2.2梁单元单元刚度矩阵的推导

4.2.3单元刚度矩阵的坐标变换

4.2.4小位移下的刚体检验

4.3几何和材料非线性的处理及其算法实现

4.3.1几何非线性分析的广义位移控制GSP方法

4.3.2塑性处理

4.3.3算法实现

4.4算例分析

4.4.1弹性算例

4.4.2弹塑性算例

4.5结论

附录A

参考文献

第五章剪切型支撑框架结构的弹塑性稳定分析

5.1引言

5.2基本假设

5.3弹塑性条件下支撑面积与框架柱极限荷载的关系

5.3.1无缺陷框架柱

5.3.2有缺陷框架柱

5.4剪切型支撑－框架结构的临界支撑面积

5.4.1水平力对临界支撑面积的影响

5.4.2临界支撑面积

5.4.3支撑的门槛刚度

5.4.4多层框架算例

5.5结论

参考文献

第六章本文工作的总结与展望

6.1本文工作的总结

6.2进一步工作的设想

致谢