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《大跨度鋼結(jié)構(gòu)非線性分析研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、大跨度鋼結(jié)構(gòu)非線性分析研究-結(jié)構(gòu)綜合資料大跨度鋼結(jié)構(gòu)非線性分析研究【摘要】隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)和結(jié)構(gòu)計算理論的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)高等分析法被應(yīng)用到結(jié)構(gòu)設(shè)計中，高等分析法是考慮了結(jié)構(gòu)的非線性響應(yīng)、各種缺陷以及其他影響結(jié)構(gòu)承載能力的因素，通過對結(jié)構(gòu)進行一次全過程的整體分析研究結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。本文對結(jié)構(gòu)非線性分析理論進行了研究，并通過具體的算例驗證了非線性分析在工程中的應(yīng)用?！ 娟P(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；非線性；有限元 1前言 鋼結(jié)構(gòu)具有材料強度高、塑性韌性好、重量輕、材質(zhì)均勻、工業(yè)化生產(chǎn)程度高等優(yōu)點，目前在國內(nèi)外的工程建設(shè)中
2、得到了越來越廣泛的應(yīng)用。由于鋼材強度高，構(gòu)件一般板件較薄，長細比大[1]，更容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，同時，耐腐蝕性差、高溫下容易軟化、在低溫下容易發(fā)生脆斷等，導(dǎo)致了鋼結(jié)構(gòu)事故的發(fā)生。對于大型公共建筑，結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，設(shè)計難度高，投資大，人員密集，因此對其安全性要求極高。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的是兩階段設(shè)計法，第一階段是按線彈性理論計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，第二階段是進行構(gòu)件設(shè)計，通過計算長度系數(shù)考慮構(gòu)件之間的影響，然后按照規(guī)范對構(gòu)件進行單獨驗算和設(shè)計，通過計算長度系數(shù)考慮構(gòu)件之間的相互影響。目前各國規(guī)范基本都采用兩階段設(shè)計法，
3、但該方法也有一定的不合理性，如結(jié)構(gòu)的內(nèi)力 分析模式與構(gòu)件承載力計算模式不一致、不能考慮內(nèi)力重分布等等。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計若僅進行強度、穩(wěn)定性、剛度進行計算和驗算，無法保證其可靠性，不能滿足現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計的需求，必須發(fā)展對結(jié)構(gòu)進行非線性分析和設(shè)計的方法?！ ?非線性理論 從本質(zhì)上講，工程中所有的力學(xué)問題都是非線性的[2]，一些經(jīng)典的力學(xué)理論都是對實際問題基于某些假定的簡化處理，如小變形假定、線性彈性假定、邊界條件保持不變假定等，不滿足上述假定中的任意一種假定，就產(chǎn)生非線性現(xiàn)象。一般地，力學(xué)中的非線性問題包括三
4、類： ?。?）幾何非線性。在小變形假定下，通常是在未變形的結(jié)構(gòu)上建立平衡。當結(jié)構(gòu)在荷載作用下產(chǎn)生較大的變形，小變形假定不成立，就必須考慮幾何非線性的影響，平衡應(yīng)建立在結(jié)構(gòu)變形后的構(gòu)形上，考慮內(nèi)力的二階效應(yīng)，幾何方程應(yīng)包括位移的高階項?！ 。?）材料非線性。材料非線性，主要是應(yīng)力應(yīng)變的非線性關(guān)系引起的，可分為兩類：率無關(guān)的材料非線性和率相關(guān)的材料非線性，即不依賴于時間的彈塑性和依賴于時間彈、塑性問題?！ 。?）邊界非線性。邊界非線性主要是由于在分析過程中，邊界條件發(fā)生變化引起的?！ ⊥ǔ?，工程結(jié)構(gòu)中的非線性
5、問題以幾何非線性和材料非線性為主，因此本文對邊界非線性問題不進行討論?！ ?結(jié)構(gòu)非線性分析 空間桿單元通常只承受軸向拉伸或壓縮，只產(chǎn)生軸向應(yīng)力和應(yīng)變，每個節(jié)點只有三個平動自由度。單元剛度矩陣包括割線剛度矩陣和切線剛度矩陣兩種形式，割線剛度矩陣反映的是總荷載與總位移之間的對應(yīng)關(guān)系[3]，而切線剛度矩陣反映的是荷載增量與位移增量之間的對應(yīng)關(guān)系，對于結(jié)構(gòu)非線性問題一般都采用增量法進行求解，推導(dǎo)空間桿單元的切線剛度矩陣時基于以下假定： （1）不考慮材料屈服的影響； ?。?）所有構(gòu)件為等截面； ?。?）所有荷載
6、均為保守的，節(jié)點均為理想鉸接?！ ×簡卧獛缀畏蔷€性的精度主要受切線剛度矩陣、大轉(zhuǎn)動的疊加方法、單元劃分精度、以及單元內(nèi)力計算方法等因素的影響[4]。通?？臻g梁單元切線剛度矩陣的推導(dǎo)采用兩種方法： ?。?）非線性有限單元法，考慮應(yīng)變的高階項，選用位移插值函數(shù)建立虛功方程進行推導(dǎo)； ?。?）梁柱法，基于平衡微分方程直接推 圖1結(jié)構(gòu)圖圖2結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖 通過計算，可得結(jié)構(gòu)內(nèi)力如圖2所示，由計算可知，水平方向地震作用對上弦最大軸力影響最大，最大動內(nèi)力發(fā)生在邊部第二跨，由邊跨到跨中軸力逐漸減小，這表明水平地震引起的
7、運動由柱子傳給上弦并向跨中傳遞與擴散，并在變形過程中逐漸被吸收，跨中位置較小。腹桿最大軸力發(fā)生在跨中，下弦最大軸力發(fā)生在1/4跨度附近，水平地震內(nèi)力和豎向地震內(nèi)力相差不大?！ ?結(jié)論 非線性動力時程分析能夠分析地震反應(yīng)全過程中各個時刻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形形態(tài)等詳細信息，是一種比較可靠的方法，本文在合理選擇單元模型、材料本構(gòu)、強度準則的基礎(chǔ)上，利用有限元程序?qū)σ淮罂缍蠕摻Y(jié)構(gòu)進行非線性有限元分析，可以得到：當進行極限強度設(shè)計時，通過非線性分析可以把單元由于剛度變化所引起的內(nèi)力重分布考慮進去。單元剛度的變化是隨荷
8、載的增加而貫穿于結(jié)構(gòu)的彈性、非彈性和極限范圍這一過程中的。廣泛應(yīng)用結(jié)構(gòu)的非線性分析方法，會使結(jié)構(gòu)的安全性提高，并且降低造價。同時由于非線性分析技術(shù)較復(fù)雜，計算工作量大，且有許多問題在理論上還有待改進，因此需要進行更為深入的研究?！ ⒖嘉墨I [1]劉殿忠，吳學(xué)韜，趙瑩.冷彎薄壁型鋼梁柱連接節(jié)點有限元分析[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報，2010，27（5）：9-11 [2]彭蕓.箱形柱與H型鋼梁剛性節(jié)點非線性有限元分析[J].
