高层交错桁架体系钢结构的空间稳定性研究

论文摘要

本论文主要完成了以下工作:（1）根据有限变形理论三维虚功增量方程,采用更新的UL列式法,推导出交错桁架结构整体稳定分析的单元刚度矩阵,该刚度矩阵综合反映了单元的剪切效应、二阶效应、翘曲分布、半刚性连接、单元初应力刚度等因素的影响,同时建立交错桁架结构的非线性有限元力学模型,为钢结构交错桁架体系计算软件的编制提供理论基础。（2）运用门槛刚度将交错桁架划分为强、弱支撑交错桁架,其目的是为了运用传统的计算长度系数法来考虑结构的稳定性。通过算例分析可知建筑的高宽比和桁架的跨高比对结构的二阶效应具有很大的影响,因此在分析中应引入二阶分析方法来考虑结构的整体稳定性。（3）对结构整体稳定的判定准则进行了研究,并以此为依据提出了高层交错桁架体系的整体稳定判定准则,即依据荷载—位移曲线切线斜率控制和单元刚度矩阵（正定）控制。并且根据直接P-Δ分析法,提出考虑整体二阶效应的简化计算方法,从而大大提高了计算效率。并且根据研究,对高层交错桁架体系整体稳定性的设计提出了一些建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 高层交错桁架体系概述
• 1.2 高层交错桁架体系及其特点分析
• 1.2.1 高层交错桁架的组成
• 1.2.2 高层交错桁架体系的特点
• 1.2.3 交错桁架体系理论研究进展
• 1.2.4 空间整体稳定研究现状
• 1.3 本文研究目的及其主要内容
• 第二章 结构稳定性分析理论概述
• 2.1 引言
• 2.2 结构的稳定性分析
• 2.2.1 线性稳定分析
• 2.2.2 非线性稳定分析
• 2.3 钢结构整体稳定分析方法
• 2.3.1 高等分析方法
• 2.3.2 计算长度系数法
• 2.3.3 有限单元法
• 2.4 结构稳定承载力的各种非线性影响因素
• 2.4.1 初始几何缺陷
• 2.4.2 残余应力
• 2.4.3 二阶效应
• 2.4.4 弯扭失稳
• 2.4.5 半刚性连接
• 2.4.6 荷载分布与加载方式
• 2.5 小结
• 第三章 高层交错桁架结构非线性稳定有限元分析方法
• 3.1 引言
• 3.2 高层交错桁架体系的几何非线性有限元分析力学模型
• 3.2.1 大变形下的应变、几何方程和位移的描述
• 3.2.2 大变形问题中的虚位移原理及增量形式的平衡方程
• 3.2.3 高层交错桁架结构几何非线性力学模型的建立
• 3.3 考虑节点半刚性对三维杆件刚度矩阵的修正
• 3.3.1 半刚性连接类型
• 3.3.2 半刚性连接模型
• 3.4 全过程路径跟踪的计算方法
• 3.5 小结
• 第四章 高层交错桁架整体稳定分析
• 4.1 引言
• 4.2 有侧移框架和无侧移框架的概念
• 4.2.1 有侧移失稳和无侧移失稳
• 4.2.2 有侧移框架和无侧移框架
• 4.2.3 侧向刚性结构和侧向柔性结构
• 4.3 交错桁架体系的抗侧刚度
• 4.3.1 柱子承载力与支撑侧向刚度的关系
• 4.3.2 交错桁架结构中桁架的抗侧刚度
• 4.4 强、弱支撑交错桁架结构的判断
• 4.4.1 门槛刚度的定义
• 4.4.2 按薄弱层考虑柱子的稳定
• 4.4.3 算例分析
• 4.5 高层交错桁架结构体系二阶效应的影响
• 4.5.1 各国规范对结构P-Δ效应的考虑方法
• 4.5.2 交错桁架结构体系二阶效应影响因素
• 4.6 小结
• 第五章 高层交错桁架结构体系空间稳定设计方法研究
• 5.1 整体稳定判定准则研究
• 5.2 高层交错桁架结构体系二阶效应简化计算研究
• 5.2.1 直接P-Δ分析法
• 5.2.2 算例分析
• 5.3 设计条文建议
• 5.4 小结
• 结论与展望
• 主要结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与科研和获奖情况
• 参与科研情况
• 获奖情况
• 致谢