土木外文資料翻譯.doc

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1、Front.Archit.Giv.Eng.China2008,2(3):189-196DOI10.1007/sI1709-008-0024-8建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的先進(jìn)分析陳威發(fā)夏威夷大學(xué)土木工程系，美國夏威夷96822摘要：對設(shè)計者，鋼結(jié)構(gòu)建筑2005LRFD規(guī)范使得在彈性和塑性范圍內(nèi)之行為與最高負(fù)荷極限狀態(tài)下認(rèn)明確的結(jié)構(gòu)抵抗成為可能。有一種提高實(shí)際次級分析的方法,來直接測定整體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)響應(yīng)。本文嘗試用一個簡單的、簡潔的、合理的綜合理解來介紹一些理論和實(shí)踐方法，這些方法已經(jīng)在傳統(tǒng)的、現(xiàn)代的工藝設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中應(yīng)用。關(guān)鍵詞：先進(jìn)的分析、鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計、介紹1前

2、言結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的是為了產(chǎn)生一種物質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠承受的環(huán)境條件。整個設(shè)計過程中,從裝載的基礎(chǔ)上到尺寸都存在風(fēng)險和費(fèi)用,但基本上最終的設(shè)計是結(jié)構(gòu)材料的性能和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何缺陷的一個反應(yīng),特別是在構(gòu)件生產(chǎn)和加工中誘發(fā)的其力學(xué)性能及殘余應(yīng)力,它定義了材料與構(gòu)件在環(huán)境動力下的特征響應(yīng)。目前,在工程設(shè)計實(shí)踐中,有一個基本兩個階段過程的設(shè)計操作。首先,結(jié)構(gòu)的每個結(jié)構(gòu)構(gòu)件上作用的力必須要計算出來；其次，那些有力作用在上面的每一個結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力必須要確定。第一階段包括分析作用在這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的力和彎矩的分布；第二階段,包括對這些構(gòu)件的承載能力的認(rèn)識，來抵抗作用在它們上邊的力和彎矩。越

3、全面的理解這些知識，設(shè)計就會更加精確，結(jié)構(gòu)會更加可靠。因?yàn)闃?gòu)件的承載能力取決于作用在構(gòu)件上的荷載類型、幾何缺陷、性質(zhì)、材料和殘余應(yīng)力的性能，對構(gòu)件的承載能力的理解,大多數(shù)是根據(jù)以軸向受力構(gòu)件的端柱的強(qiáng)度曲線,受彎構(gòu)件簡支梁彎曲強(qiáng)度曲線,構(gòu)件受到軸力和彎矩相互作用下的梁柱影響曲線的形式的滿載實(shí)驗(yàn)決定的。這些構(gòu)件的強(qiáng)度曲線正式的被編成構(gòu)件強(qiáng)度曲線或者方程用于實(shí)際設(shè)計。將框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件分成三種類型,即柱、梁和梁柱。它們各自的強(qiáng)度,通過理想節(jié)點(diǎn)或邊界條件下的滿載實(shí)驗(yàn)確定,下一階段必須徹底簡化在應(yīng)力下的材料特性,以這樣的方式來很容易的協(xié)助工程師分析應(yīng)力分布,以估量框架結(jié)構(gòu)中的

4、結(jié)構(gòu)構(gòu)件。實(shí)際上工程師主要基于材料線性彈性條件下的簡單模型設(shè)計的，因?yàn)槟切┰缙诘脑O(shè)計基于容許應(yīng)力法。在這個過程中,材料的時間有關(guān)的影響假定是無關(guān)緊要。這確實(shí)是在長期的行為下很大的簡化了材料性能。所以這一次獨(dú)立的簡化,現(xiàn)在設(shè)計過程集中體現(xiàn)在降低應(yīng)力水平或者結(jié)構(gòu)上作用工作荷載時的水平。這個大的安全系數(shù)是用來調(diào)整設(shè)計時考慮非彈性特性來避免失敗。在實(shí)際工程中大多數(shù)的結(jié)構(gòu)分析基于線彈性分析。一階線性彈性分析在早期已經(jīng)被結(jié)構(gòu)工程師完全證明,而一個結(jié)構(gòu)體系的二階線性彈性分析已經(jīng)在發(fā)展并在近些年來被逐漸的利用。2縮放因子下的一階彈性結(jié)構(gòu)分析在一個框架框架結(jié)構(gòu)中的桿件的邊界條件和一

5、個單獨(dú)桿件的邊界條件是很不同的,它作為柱端強(qiáng)度曲線(鉸接端條件)或梁強(qiáng)度曲線的條件(如簡支梁端點(diǎn)條件)發(fā)展的根據(jù)。為了估算框架構(gòu)件,構(gòu)件的邊界條件必須調(diào)整到相等的端節(jié)點(diǎn)條件來進(jìn)行柱的設(shè)計,比如,柱的強(qiáng)度曲線,可以剛好用于確定框架構(gòu)件必須的尺寸(見圖1)。為實(shí)現(xiàn)這一等效,有效長度系數(shù)或縮放因子已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在過去的與引腳端柱強(qiáng)度曲線相關(guān)的一個結(jié)構(gòu)體系的框架構(gòu)件的設(shè)計中。有效長度的方法提供了一個良好的框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。該方法已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范,包括在早年的容許應(yīng)力設(shè)計和塑性設(shè)計，和在最近數(shù)年的負(fù)荷和阻力系數(shù)的設(shè)計[1]。然而,盡管它很普及,但是有幾個

6、主要的局限性和缺點(diǎn)。圖1、結(jié)構(gòu)體系之間相互作用的影響及其組成構(gòu)件首先它不會給一個準(zhǔn)確的對失敗因子的估計,因?yàn)樗荒軌蛴谜_的方法考慮結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件兩者之間的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的相互作用的影響。這是一個公認(rèn)的事實(shí),結(jié)構(gòu)體系的實(shí)際的失效模的往往沒有任何的相似，無論是根據(jù)有效長度系數(shù)K確定的結(jié)構(gòu)體系的彈性屈曲模式。第二,也許是最嚴(yán)重的限制,可能是當(dāng)前兩階段階段設(shè)計過程的基本原理：彈性分析是用于確定一個結(jié)構(gòu)體系的每個構(gòu)件上作用的荷載的分布,而構(gòu)件的極限強(qiáng)度曲線被開用于設(shè)計是基于滿布荷載或非彈性分析且每個構(gòu)件被看成單獨(dú)的組件[3，2]。沒有驗(yàn)證框架一部分的獨(dú)立的構(gòu)件與構(gòu)件之間的兼

7、容性。個別構(gòu)件的強(qiáng)度方程中規(guī)定的規(guī)格不關(guān)心系統(tǒng)的兼容。因此,尚無明確的保證，所有構(gòu)件將維持他們在設(shè)計荷載作用下的幾何形態(tài)。有效長度的計算方法的另一個局限,包括用電腦計算系數(shù)K有困難,沒有好的電腦設(shè)計依據(jù)并且沒有方法預(yù)測一個框架構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度。為了達(dá)到這一目的,人們越來越趨向需要實(shí)際的設(shè)計/分析方法,該設(shè)計方法能夠說明體系和構(gòu)件之間的兼容性。通過迅速發(fā)展的計算能力、有效性的臺式電腦和有用的軟件,一種替代的方法來進(jìn)行直接的結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計而不使用系數(shù)K的發(fā)展變得更有吸引力,也具有現(xiàn)實(shí)意義。3縮放因子下的二階彈結(jié)構(gòu)分析采用彈性結(jié)構(gòu)分析和縮放因子的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計可分為兩個階段。

8、在設(shè)計過程