半剛性連接鋼框架整體結(jié)構(gòu)屈曲荷載計(jì)算模型

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1、第21卷第3期寧波大學(xué)學(xué)報(bào)（理工版）Vol.21No.32008年9月JOURNALOFNINGBOUNIVERSITY(NSEE)Sept.2008文章編號:1001-5132（2008）03-0374-06半剛性連接鋼框架整體結(jié)構(gòu)屈曲荷載計(jì)算模型王新堂，王?。▽幉ù髮W(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院，浙江寧波315211）摘要：在綜合考慮梁柱任意半剛性連接及彈性支撐特性的基礎(chǔ)上，建立了單層多跨平面鋼框架結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)的線彈性屈曲荷載的解析計(jì)算模型，并同時(shí)考慮了所有柱腳的半剛性特征，使模型的適用范圍更為廣泛.本模型中的半剛性連接特性通過在所有梁柱連接處設(shè)置

2、虛擬約束彈簧實(shí)現(xiàn)，彈性支撐則通過在柱頂引入具有任意剛度參數(shù)的水平彈簧實(shí)現(xiàn).基于上述的基本模型，通過對所有構(gòu)件建立失穩(wěn)狀態(tài)的控制方程并引入相應(yīng)的連續(xù)性條件和邊界條件，建立了平面單層任意多跨框架結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)的臨界荷載解析計(jì)算方法，并研制了相應(yīng)的計(jì)算程序.分析結(jié)果表明，半剛性連接特性和水平支撐效應(yīng)對框架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的影響極為顯著，而且作用于多跨框架結(jié)構(gòu)柱頂豎向荷載的分布特征對結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性有不可忽視的影響.另外，結(jié)構(gòu)的支撐剛度及節(jié)點(diǎn)的半剛性連接特性對單層框架整體穩(wěn)定性的影響具有明顯的界限性和區(qū)間效應(yīng)，對此需進(jìn)一步開展深入研究.關(guān)鍵詞：單層多跨框

3、架；整體結(jié)構(gòu)屈曲；半剛性連接；計(jì)算模型+中圖分類號：TU973.21文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A目前，在有關(guān)討論半剛性連接平面框架受力性跨結(jié)構(gòu).文獻(xiàn)[7]利用增量法對半剛性連接框架結(jié)能的文獻(xiàn)中，如何確定整體結(jié)構(gòu)的極限承載力是人構(gòu)進(jìn)行了非線性分析且同時(shí)考慮了幾何非線性的們最為關(guān)注的課題之一.文獻(xiàn)[1,2]著重分析了如影響，但對于如何確定屈曲荷載并未討論.文獻(xiàn)[8]何確定與梁柱連接特性有關(guān)的有效彈性約束，未考則著重討論了半剛性連接框架柱等效屈曲長度的慮整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性計(jì)算及節(jié)點(diǎn)半剛性的影響.簡化計(jì)算方法，與本文基于整體結(jié)構(gòu)屈曲荷載分析文獻(xiàn)[3,4]則分別建立了

4、半剛性連接平面框架和任的計(jì)算方法有很大的差異.為了進(jìn)一步理解和分意半剛性連接空間結(jié)構(gòu)彈性分析的計(jì)算模型，該模析任意半剛性連接鋼框架的整體穩(wěn)定性，本文建立型可通過調(diào)整半剛性連接參數(shù)使其退化為理想鉸了單層任意多跨框架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定計(jì)算的解析模接和完全剛性連接，使計(jì)算模型有一定的普遍適用型.針對模型中幾何參數(shù)、連接特性和幾何條件的性.文獻(xiàn)[5,6]僅討論了半剛性連接單跨平面鋼框變化，利用所研制的程序進(jìn)行了大量分析，并與文架的穩(wěn)定計(jì)算模型的建立，而本文的研究對象為多獻(xiàn)[7]結(jié)果進(jìn)行了比較，二者相當(dāng)吻合.通過算例分收稿日期：2007-12-18.寧波大學(xué)

5、學(xué)報(bào)（理工版）網(wǎng)址：http://3xb.nbu.edu.cn基金項(xiàng)目：浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2008C3013）；寧波市自然科學(xué)基金（2007A610060）.第一作者：王新堂（1963－），男，陜西鳳翔人，博士/教授，主要研究方向：鋼結(jié)構(gòu).E-mail:wangxintang@nbu.edu.cn第3期王新堂，等：半剛性連接鋼框架整體結(jié)構(gòu)屈曲荷載計(jì)算模型375析與比較得到了一些有價(jià)值的結(jié)論.梁單元的控制微分方程為：''''wj=0(，=+nn2~21)+.(4)j1半剛性連接平面框架整體屈曲分這里的v為i柱的水平位移(向右為正，x坐標(biāo)i析的

6、解析模型均以各柱的下端為原點(diǎn))，w為j梁的豎向撓度(向j下為正，各梁的局部坐標(biāo)x以各梁的左端為原點(diǎn))，圖1為本文所研究的具有n跨的半剛性連接和共計(jì)21n+個(gè).分別求解上述2組方程(2)及(4)即可半剛性約束的平面框架結(jié)構(gòu)，各單元(單個(gè)構(gòu)件為1得到各梁柱單元的位移表達(dá)式.其中柱單元的水個(gè)單元)的截面慣性矩記為Ii(1=+~21n).其中，平位移通解為：i圖1中的Pi(1=+~1n)為作用于各柱頂?shù)募泻蓈xAkxB()=++sincoskxCxD+，iiiiiiiiiii載，Si(1=+~1n)為柱腳與基礎(chǔ)連接剛度的割線(1in=~1+).(5

7、)i值，SSi，為(1=~)n第n跨梁分別與左右柱連接梁單元的豎向撓度通解為：LiRi32點(diǎn)的半剛性連接剛度割線值，而任意節(jié)點(diǎn)(含各柱wAj=+++jjxBjjxCjjxDj，腳與基礎(chǔ)的連接點(diǎn))的半剛性連接數(shù)學(xué)模型可統(tǒng)一(2jn=++~2n1).(6)表示為：現(xiàn)針對上述2組位移解(共計(jì)21n+個(gè))，分別M=Sθ，(1)引入各節(jié)點(diǎn)處的連續(xù)性條件、端點(diǎn)處的邊界條件以jjj這里的M為節(jié)點(diǎn)j能夠傳遞的彎矩，θ為交于連及各單元的內(nèi)力與位移之間的關(guān)系(物理方程)，即jj接處的構(gòu)件端截面的相對轉(zhuǎn)角或柱腳相對于基礎(chǔ)可得到1組以未知參數(shù)為系數(shù)的線性方程組，從而

8、的轉(zhuǎn)角.上述模型中的水平彈簧用于模擬實(shí)際的可根據(jù)系數(shù)行列式為零的條件得到求解整體結(jié)構(gòu)側(cè)向支撐，而支撐剛度K可根據(jù)實(shí)際的支撐單元屈曲荷載的特征方程.其中對柱單元i，任