大坡度轻型门式刚架静动力性能分析

论文摘要

轻型门式刚架结构体系有着用钢量少、外形美观、施工快、造价低、质量轻等优点,目前十分广泛地应用于单层或多层工业厂房中。近年来对门式刚架的研究也越来越多,包括刚架的跨度、柱高等因素对结构整体稳定性、抗震性能、结构优化等的影响,但是对于屋面坡度的分析与研究相对较少。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）4.1.5规定,门式刚架轻型房屋的屋面坡度宜取1/8-1/20。而在很多的实际工程中,由于建筑立面效果的需要、屋面排水的要求等,往往将刚架的屋面坡度设计得超出规范的限值。屋面坡度越大,斜梁内的轴力越大,对钢柱的约束也越大,坡度对刚架的稳定性、抗震性能的影响均不可忽略。因此,本文从坡度出发,分别对不同坡度刚架的静力、稳定性和动力特性进行了分析,研究了坡度对刚架受力性能的影响,并提出了大坡度刚架的设计建议,以期为实际工程中大坡度门式刚架的设计提供参考。本文的主要研究内容如下所示。1、研究不同坡度单榀门式刚架在静力荷载组合作用下的受力性能,包括内力、位移、变形等。并选取了坡度1/12、12/12的刚架,并分别分析柱脚的连接情况、高跨比的变化等对刚架的受力影响,由此提出适合大坡度刚架的柱脚连接形式和高跨比。2、运用SAP2000分别对单榀模型进行线性屈曲、非线性屈曲分析,研究不同坡度门式刚架的稳定性、屈曲荷载和破坏形式。其中,线性屈曲分析选用不同坡度的刚架,非线性屈曲分析选用坡度1/12、12/12的刚架。3、运用SAP2000对刚架进行动力时程分析,研究不同坡度刚架的柱顶位移和加速度时程分析、屋脊位移和加速度时程分析。本文还选用了坡度为1/12、12/12的刚架,分别对其在不同地震烈度下的地震响应进行对比,分析大坡度刚架的位移和加速度时程反应、刚架的侧移量和加速度放大系数等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 轻型门式刚架的概念
• 1.1.1 轻型门式刚架的结构形式
• 1.1.2 轻型门式刚架的特点
• 1.1.3 轻型门式刚架的应用
• 1.1.4 轻型门式刚架的设计
• 1.2 轻型门式刚架的发展
• 1.2.1 国外发展状况
• 1.2.2 国内发展状况
• 1.3 轻型门式刚架的研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本文的研究意义及内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 大坡度轻型门式刚架的有限元建模及静力分析
• 2.1 有限单元法及SAP2000软件的简介
• 2.1.1 有限单元法
• 2.1.2 SAP2000软件介绍
• 2.2 荷载的计算及荷载组合
• 2.2.1 永久荷载
• 2.2.2 可变荷载
• 2.2.3 荷载组合
• 2.3 模型的建立
• 2.3.1 计算假定
• 2.3.2 门式刚架建模
• 2.4 门式刚架的静力分析
• 2.4.1 静力分析简述
• 2.4.2 模型的选取
• 2.4.3 刚架有限元计算结果及分析
• 2.4.4 大坡度刚架的结构形式优化
• 2.5 本章小结
• 第3章 大坡度轻型门式刚架的稳定性分析
• 3.1 轻型门式刚架稳定性理论
• 3.1.1 结构失稳的类型
• 3.1.2 结构稳定问题的计算方法
• 3.2 有限元法屈曲分析
• 3.2.1 屈曲分析的类型
• 3.2.2 塑性铰的定义和设置
• 3.2.3 竖向加载模式
• 3.3 轻型门式刚架线性屈曲分析
• 3.3.1 线性屈曲模型的选取及分析步骤
• 3.3.2 刚架线性屈曲计算结果与分析
• 3.4 轻型门式刚架非线性屈曲分析
• 3.4.1 有限元模型
• 3.4.2 非线性屈曲分析的参数设置
• 3.4.3 刚架非线性屈曲计算结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 大坡度轻型门式刚架的动力分析
• 4.1 门式刚架的模态分析
• 4.1.1 模态分析理论简述
• 4.1.2 刚架的有限元模态计算与分析
• 4.2 门式刚架的时程分析
• 4.2.1 时程分析理论
• 4.2.2 地震波的选取
• 4.2.3 阻尼的取值
• 4.3 门式刚架的时程分析结果
• 4.3.1 结构的位移时程反应
• 4.3.2 刚架的加速度反应
• 4.3.3 大坡度刚架的时程对比分析
• 4.4 本章小节
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录I 攻读硕士期间发表的学术论文