单层厂房框架考虑横梁线刚度影响的阶形柱平面内计算长度系数

论文摘要

阶形柱是单层工业厂房结构中广泛应用的承重构件。对这种结构的稳定设计,是通过对单个压杆的稳定承载力的计算而进行的,即由杆件的计算长度来体现。因此,计算长度的取值直接影响压杆的承载力,同时对充分发挥材料的性能也有着重要的意义。目前在对阶形柱进行稳定分析时,只采用两种柱端理想约束假定:柱上端平移且能自由转动和柱上端可移动但不转动。随着轻型钢结构技术的不断发展,必然要导致单层工业厂房的轻型化发展趋势。新型轻质屋面材料的不断开发和应用,如彩色压型钢板、夹芯复合板、阳光板及BAP彩色镀锌铝钢板(其重量只有普通混凝土结构的1/10~1/20)等的出现,为减轻屋面荷载提供了物质基础。因此在屋盖系统的设计中,最终使屋面结构形式从原先的重型桁架向轻型屋面梁转变。在这种条件下,框架横梁的线刚度将有可能小于阶形柱的上段柱,就无法将横梁的线刚度看作无穷大。采用原先按阶形柱横梁线刚度无穷大的方法确定的计算长度是偏于不安全的。本文运用弹性稳定理论,利用有侧移的轴心受压柱两端抗弯约束常数r1和r2之间的关系式,分别建立了单阶柱、双阶柱、三阶柱的弹性稳定临界力方程,考虑柱端约束条件:柱顶平移且能自由转动,柱顶平移但不能转动,柱顶平移但弹性转动;考虑阶形柱各柱段线刚度比值,各柱段轴心压力的变化,并考虑框架横梁线刚度变化等因素对阶形柱计算长度的影响。采用数值计算方法对弹性稳定临界力方程进行求解,分别得出单阶柱、双阶柱、三阶柱考虑横梁线刚度影响后计算长度系数的取值,并将计算长度系数制作成表格,以供参考查阅,同时可为《钢结构设计规范》的修订提供参考。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 阶形柱的截面形式
• 1.3 阶形柱的整体稳定临界力
• 1.4 国内外对该领域的研究现状
• 1.4.1 国内研究现状
• 1.4.2 国外研究现状
• 1.5 研究背景及目的
• 1.6 研究方法及主要内容
• 1.6.1 研究的方法
• 1.6.2 研究的内容
• 2 阶形柱平面内整体稳定分析的理论基础
• 2.1 理想轴心受压构件的弯曲屈曲
• 2.1.1 理想轴心受压构件的三种屈曲形式
• 2.1.2 理想轴心受压构件的弹性弯曲屈曲
• 2.1.3 杆端约束对压杆稳定的影响——计算长度
• 2.2 有侧移柱柱端约束之间的相互关系
• 2.3 本章小结
• 3 阶形柱计算长度系数公式的推导
• 3.1 单阶柱计算长度系数公式的推导
• 3.1.1 有侧移的轴心受压单阶柱两端约束常数10 和12 之间的关系式
• 3.1.2 柱上端与横梁铰接时单阶柱计算长度系数
• 3.1.3 柱上端与横梁刚接且横梁刚度无限大时单阶柱计算长度系数
• 3.1.4 考虑横梁线刚度影响柱上端与横梁刚接时单阶柱计算长度系数
• 3.2 双阶柱计算长度系数公式的推导
• 3.2.1 有侧移的轴心受压双阶柱两端约束常数10 和13 之间的关系式
• 3.2.2 柱上端与横梁铰接时双阶柱计算长度系数
• 3.2.3 柱上端与横梁刚接且横梁刚度无限大时双阶柱计算长度系数
• 3.2.4 考虑横梁线刚度影响柱上端与横梁刚接时双阶柱计算长度系数
• 3.3 三阶柱计算长度系数公式的推导
• 3.3.1 有侧移的轴心受压三阶柱两端约束常数10 和14 之间的关系式
• 3.3.2 柱上端与横梁铰接时三阶柱计算长度系数
• 3.3.3 柱上端与横梁刚接且横梁刚度无限大时三阶柱计算长度系数
• 3.3.4 考虑横梁线刚度影响柱上端与横梁刚接时三阶柱计算长度系数
• 3.4 本章小结
• 4 阶形柱计算长度系数求解及分析
• 4.1 编程电算思路
• 4.2 柱上端可移动但弹性转动的单阶柱计算长度系数表格
• 4.3 柱上端可移动但弹性转动的双阶柱计算长度系数表格
• 4.4 三阶柱的计算长度系数表格
• 4.4.1 柱上端为自由的三阶柱下段柱计算长度系数
• 4.4.2 柱上端可移动但不转动的三阶柱下段柱计算长度系数
• 4.4.3 柱上端可移动但弹性转动的三阶柱下段柱计算长度系数
• 4.5 横梁线刚度对阶形柱计算长度系数的影响
• 4.5.1 横梁线刚度对单阶柱计算长度系数的影响
• 4.5.2 横梁线刚度对双阶柱计算长度系数的影响
• 4.5.3 横梁线刚度对三阶柱计算长度系数的影响
• 4.6 本章小结
• 5 结论和建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 求解阶形柱计算长度系数方程的MATLAB 程序
• B. 作者在攻读学位期间发表的论文目录