论文题目: 箱形截面构件相关稳定承载力及滞回性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 土木工程
作者: 刘涛
导师: 郭彦林
关键词: 箱形截面,相关屈曲,设计公式,滞回性能,设计方法
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 由于良好的受力性能和方便的梁柱节点构造,箱形截面柱在钢框架结构体系中得到了广泛的应用。对于多层钢框架结构,如果能够在设计中适当放宽框架柱的壁板宽厚比限值将能够有效地减少结构用钢量,从而更有利于这种结构体系的推广。但现行的钢结构设计规范没有给出相应的设计方法。利用弹塑性三维大挠度板壳有限元方法,本文对箱形截面构件及采用箱形截面构件的多层钢框架进行了系统研究,揭示了其在发生壁板局部失稳时的受力性能。研究过程中考虑了焊接残余应力、构件初弯曲以及壁板的初始缺陷对构件稳定极限承载性能的影响。本文首先分别对承受轴心压力、纯弯曲以及同时承受轴心压力和弯矩的箱形截面短柱和长柱进行了系统的参数研究。研究了构件的壁板宽厚比(D/t)、截面边长比(B/D)以及长细比(λ)对其稳定极限承载性能的影响。在大量数值分析的基础上,彻底抛弃了“有效宽度”的概念,提出了直接以构件三个几何参数为自变量的稳定承载力计算公式。公式统一了利用壁板屈曲后强度与不考虑壁板屈曲后强度的两种设计方法,大大简化了设计程序。研究了箱形截面构件的非弹性等效弯矩系数并比较了其与弹性等效弯矩系数以及现行钢结构设计规范简化计算公式的区别。研究了使用箱形截面框架柱的钢框架静力稳定极限承载性能。分析了框架柱壁板宽厚比(D/t)对钢框架承载能力以及破坏机理的影响。对箱形截面构件在轴向拉压、常轴力循环弯矩作用下的滞回性能进行了研究。分析了构件的壁板宽厚比(D/t)、截面边长比(B/D)、长细比(λ)以及轴向荷载水平(N/Nu)对构件滞回性能的影响。在系统研究的基础上,对箱形截面构件的滞回性能进行了评估。评估结果表明,在抗震设防烈度较低或者非抗震设防地区,在严格控制框架柱轴向荷载水平的情况下,可以适当放宽框架柱的壁板宽厚比限值。本文最后通过几个典型的算例对现有的三类钢框架设计方法即计算长度系数法、二阶弹性分析方法和二阶弹塑性分析方法进行了分析、比较及评价。
论文目录:
第1章 绪论
1.1 箱形截面柱在多层钢框架中的应用及存在的问题
1.2 现行规范规定的箱形截面柱设计方法
1.2.1 满足规范壁板宽厚比限值的设计方法
1.2.2 不满足壁板宽厚比限值的箱形截面框架柱设计方法
1.2.3 现行规范中针对箱形截面柱设计方法存在的问题
1.3 箱形截面柱研究现状及存在的问题
1.3.1 箱形截面柱静力稳定极限承载能力研究现状
1.3.2 箱形截面构件在反复荷载作用下的滞回性能研究现状
1.3.3 箱形截面柱研究中仍然存在的问题
1.4 本文的研究方法及要研究的问题
1.4.1 本文的研究方法
1.4.2 本文的研究内容
第2章 箱形截面短柱极限承载性能研究
2.1 箱形截面柱局部屈曲波长公式
2.1.1 理论依据
2.1.2 L_(min)～B/D 关系曲线
2.2 箱形截面短柱在轴向荷载下的稳定极限承载性能分析
2.2.1 计算模型说明
2.2.2 壁板宽厚比(D/t)对箱形截面短柱极限承载能力的影响
2.2.3 构件截面边长比(B/D)对箱形截面短柱极限承载性能的影响
2.2.4 残余应力对箱形截面短柱极限承载能力的影响
2.2.5 箱形截面短柱轴心受压极限承载能力公式
2.3 箱形截面短柱在纯弯荷载作用下的极限承载性能分析
2.3.1 计算模型说明
2.3.2 壁板宽厚比的影响
2.3.3 截面边长比的影响
2.3.4 残余应力的影响
2.3.5 箱形截面短柱纯弯曲极限承载能力公式
2.4 箱形截面短柱在弯矩轴力组合作用下承载性能研究
2.4.1 计算模型说明
2.4.2 壁板宽厚比影响
2.4.3 截面边长比的影响
2.4.4 拟合公式
2.4.5 公式(2-10)与有限元计算结果对比
2.5 推荐公式在不同钢材种类情况下的适用性验证
2.6 本章小结
第3章 箱形截面长柱稳定极限承载性能分析
3.1 箱形截面长柱轴心受压稳定极限承载性能分析
3.1.1 计算模型
3.1.2 壁板宽厚比的影响
3.1.3 构件长细比的影响
3.1.4 残余应力的影响
3.1.5 箱形截面长柱轴心受压极限承载能力公式
3.2 箱形截面构件在纯弯曲荷载作用下的极限承载性能研究
3.3 箱形截面梁柱在弯矩轴力组合作用下稳定极限承载能力研究
3.3.1 计算模型说明
3.3.2 构件长细比对构件弯矩-轴力相关承载性能的影响
3.3.3 壁板宽厚比对构件弯矩-轴力相关曲线的影响
3.3.4 截面边长比对构件弯矩-轴力相关曲线的影响
3.3.5 箱形截面压弯构件稳定极限承载力计算公式
3.4 轴心受压荷载作用下箱形截面柱优化设计
3.4.1 研究模型说明
3.4.2 静力分析计算结果
3.5 本章小结
第4章 不等端弯矩箱形截面构件极限承载性能研究
4.1 等效弯矩系数的概念
4.1.1 等效弯矩系数 C_m 的引出
4.1.2 等效弯矩系数 C_m 的简化表达式
4.2 非弹性等效弯矩系数
4.2.1 非弹性等效弯矩系数的概念
4.2.2 非弹性等效弯矩系数与弹性等效弯矩系数的关系
4.3 端弯矩比值对箱形截面构件极限承载性能的影响
4.3.1 端弯矩比值对构件破坏机理的影响
4.3.2 端弯矩比值对构件极限承载力的影响
4.4 本章小结
第5章 推荐公式的试验验证
5.1 与Nandivaram E. Shanmugam 的试验对比
5.1.1 试验说明
5.1.2 计算结果与试验结果对比
5.2 与Tsutomu Usami 和Yuhshi Fukumoto 的试验对比
5.2.1 试验说明
5.2.2 计算结果与试验结果对比
5.3 本章小结
第6章 单跨钢框架整体稳定极限承载性能研究
6.1 计算模型
6.1.1 钢框架几何模型
6.1.2 初始缺陷
6.1.3 设计荷载
6.2 钢框架极限承载性能研究
6.2.1 钢框架抗倾覆性能分析
6.2.2 钢框架在竖向荷载作用下的极限承载性能分析
6.3 钢框架破坏机理分析
6.3.1 水平荷载作用下钢框架破坏机理分析
6.3.2 竖向荷载作用下钢框架破坏机理分析
6.4 本章小结
第7章 轴向往复荷载作用下箱形截面构件滞回性能研究
7.1 箱形截面构件在轴向拉压循环荷载作用下的滞回性能分析
7.1.1 分析模型说明
7.1.2 加载制度
7.1.3 算例设计
7.1.4 滞回曲线计算结果
7.1.5 滞回曲线计算结果分析与比较
7.1.6 壁板宽厚比对滞回曲线包络线的影响
7.1.7 构件长细比对滞回曲线包络线的影响
7.2 本章小结
第8章 箱形截面构件在常轴力循环弯矩作用下的滞回性能研究
8.1 计算简图及算例设计
8.1.1 计算简图
8.1.2 计算模型说明
8.1.3 加载制度
8.1.4 算例设计
8.2 滞回曲线计算结果
8.2.1 截面边长比对构件滞回曲线的影响
8.2.2 不同壁板宽厚比构件滞回曲线计算结果
8.3 箱形截面柱几何参数对滞回曲线包络线的影响
8.3.1 截面边长比对滞回曲线包络线的影响
8.3.2 壁板宽厚比(D/t) 和长细比(λ)对构件滞回曲线包络的影响
8.3.3 轴向荷载水平对构件滞回曲线包络线的影响
8.4 箱形截面构件滞回性能评估
8.5 本章小结
第9章 钢框架设计方法研究
9.1 钢框架设计方法简介
9.1.1 计算长度系数方法
9.1.2 高级分析方法
9.2 单跨有侧移钢框架研究
9.2.1 研究模型
9.2.2 算例设计
9.2.3 一阶弹性内力计算结果
9.2.4 采用计算长度系数法进行框架柱的稳定验算
9.2.5 采用二阶弹性分析的方法对框架柱进行稳定验算
9.2.6 钢框架二阶弹塑性分析(方法五)
9.2.7 五种方法计算结果对比
9.3 两跨有侧移框架研究
9.3.1 研究模型
9.3.2 算例设计
9.3.3 一阶弹性内力计算结果
9.3.4 二阶弹性内力计算结果
9.3.5 采用计算长度系数法进行框架柱稳定验算
9.3.6 钢框架二阶弹塑性分析(方法五)
9.3.7 五种计算结果对比
9.4 本章小结
第10章 结论与展望
10.1 结论
10.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间的研究成果及发表的论文
个人简历
发表的学术论文
发布时间: 2006-06-29
参考文献
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