论文题目: 纵向支撑框架稳定性分析及支撑设计要求
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 李东
导师: 童根树
关键词: 纵向柱列,平衡,稳定,支撑,交义支撑,横系杆,有限元分析,屈曲荷载,极限承载力,水平荷载,竖向荷载,刚度要求,强度要求,无侧移失稳,初始缺陷
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 在钢结构中通常利用支撑提高结构或构件的稳定性。单、低层厂房纵向框架的支撑体系通常由柱间交叉支撑和横系杆组成,其作用是保证框架的纵向稳定性、减少柱子排架平面外计算长度和传递水平荷载。过去国内外学者对支撑设计方法的研究主要集中于单根构件支撑和框架柱列减少柱子计算长度支撑两个方面,而对支撑保证柱列几何不变性的作用以及支撑在保证稳定性的同时还承受水平荷载作用情况研究的比较少,现行规范允许支撑力与水平荷载不相组合,没有科学依据,有必要对纵向支撑柱列的稳定性及水平荷载对支撑设计要求的影响进行全面深入的研究,为工程设计提供一定的帮助。 本文首先利用刚性单柱屈曲荷载增量与支撑刚度的关系,得到了单柱横系杆支撑、斜拉杆支撑的门槛刚度要求。由理想框架模型出发,分别得到横系杆支撑完全刚性和交叉支撑完全刚性所对应的支撑的门槛刚度要求;进一步利用解析法确定了支撑刚度同为有限时,屈曲荷载与支撑刚度的关系以及柱列无侧移失稳的门槛刚度要求表达式。对于有不同初始缺陷的实际柱列模型,支撑在满足刚度要求的同时还需要满足强度要求。本文利用有缺陷柱列中各柱的柱脚弯矩平衡方程和与总势能二阶变分为零相等价的平衡稳定性判定条件,确定了单层纵向支撑框架的极限承载力与支撑的强度设计要求,该要求已经包含刚度要求,以确保纵向柱列达到极限承载力时,支撑仍有刚度富余。对于两端布置交叉支撑的纵向柱列,可以近似取一半柱子个数按一端布置支撑的设计公式进行计算。 纵向框架支撑体系在保证柱列稳定性的同时还起到承受和传递水平荷载的作用。完全铰接的纵向柱列,水平荷载由交叉支撑抵抗,与交叉支撑相连的边柱竖向荷载同时改变。对于理想框架,水平荷载的作用将改变框架竖向屈曲荷载与支撑门槛刚度要求。在实际有缺陷柱列中,水平荷载通过改变横系杆支撑的内力大小,进一步影响其有效支撑刚度。本文得了到水平和竖向荷载共同作用下纵向支撑柱列的极限承载力以及支撑的设计要求,该要求高于简单叠加法得到的结果,确定了水平力与支撑力的组合原则。 利用ANSYS有限元软件,进一步研究框架柱刚度和初始缺陷对框架极限承载力的影响。
论文目录:
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 钢结构中的支撑
1．2．1 钢结构支撑的分类
1．2．2 钢结构支撑的研究概况
1．3 钢框架分析设计方法
1．4 ANSYS有限元分析
1．5 本文的主要工作
第二章 单层厂房柱纵向支撑体系的设计要求
2．1 引言
2．2 框架模型与基本假定
2．3 刚性单柱承载力与支撑刚度的关系
2．4 结构稳定与特征值屈曲分析
2．5 理想单柱的支撑刚度要求
2．5．1 横系杆支撑的刚度要求
2．5．2 交叉支撑的侧向刚度及其刚度要求
2．5．3 ANSYS特征值屈曲分析
2．6 理想纵向框架的支撑刚度要求
2．6．1 横系杆完全刚性时对交叉支撑的刚度要求
2．6．2 交叉支撑完全刚性时对横系杆支撑的刚度要求
2．6．3 横系杆、交叉支撑同为有限刚度时对支撑的刚度要求
2．6．4 支撑有限刚度时的ANSYS特征值屈曲分析
2．7 单端支撑有缺陷体系的支撑强度要求
2．7．1 纵向柱列的平衡方程
2．7．2 平衡稳定性判定方程
2．7．3 支撑强度设计要求
2．8 双端支撑有缺陷体系的支撑强度要求
2．8．1 纵向柱列的平衡方程及稳定性判定方程
2．8．2 支撑强度设计要求
2．9 有缺陷模型的ANSYS有限元分析
2．9．1 极限承载力分析
2．9．2 框架后屈曲特性
2．10 本章小结
附表2．1
附表2．2
附表2．3
第三章 单层纵向柱列水平、竖向荷载作用下的稳定性
3．1 引言
3．2 水平荷载作用下理想框架的屈曲分析
3．2．1 水平荷载对竖向屈曲荷载的影响
3．2．2 水平荷载对支撑门槛刚度要求的影响
3．2．3 ANSYS特征值屈曲分析
3．3 支撑的强度设计要求
3．3．1 简单叠加法
3．3．2 平衡方程及稳定性判定方程
3．3．3 最不利荷载组合
3．3．4 最不利组合的计算结果
3．3．5 公式拟合
3．3．6 一般荷载组合的计算结果
3．4 ANSYS有限元极限承载力分析
3．5 本章小结
附表3．1
第四章 单层纵向框架无侧移失稳支撑体系要求
4．1 柱子刚度对框架极限承载力的影响
4．2 初始缺陷对框架极限承载力的影响
4．2．1 最不利初始缺陷组合
4．2．2 初始缺陷大小对框架稳定性的影响
4．3 有缺陷框架无侧移失稳时支撑设计要求
4．3．1 框架模型
4．3．2 交叉支撑完全刚性时对横系杆支撑的设计要求
4．3．3 横系杆完全刚性时对交叉支撑的设计要求
4．3．4 实际框架支撑的门槛刚度要求
4．4 水平和竖向荷载共同作用时支撑的设计要求
4．5 本章小结
第五章 双层纵向支撑框架稳定性分析
5．1 引言
5．2 理想框架模型与基本假定
5．3 理想框架支撑的刚度要求
5．3．1 交叉支撑刚性时对横系杆支撑的刚度要求
5．3．2 横系杆刚性时对交叉支撑的刚度要求
5．3．3 横系杆、交叉支撑有限刚性情况的门槛刚度要求
5．4 有缺陷柱列无侧移失稳时支撑的设计要求
5．4．1 最不利初始缺陷模型
5．4．2 Beam189与Link10单元模拟交叉支撑的结果对比
5．4．3 交叉支撑刚性时横系杆支撑的设计要求
5．4．4 横系杆刚性时最小交叉支撑设计要求
5．4．5 实际框架中横系杆支撑的门槛刚度要求
5．5 竖向荷载双层布置的影响
5．6 本章小结
第六章 本文工作的总结与展望
6．1 本文工作的总结
6．2 进一步工作的设想
致谢
发布时间: 2005-07-15
参考文献
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- [2].纯框架和支撑框架弹塑性稳定分析[D]. 邢国然.浙江大学2007
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- [6].全钢防屈曲支撑及其钢框架结构抗震性能与设计方法[D]. 马宁.哈尔滨工业大学2010
- [7].工学博士学位论文全钢防屈曲支撑及其钢框架结构抗震性能与设计方法[D]. 马宁.哈尔滨工业大学2010
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