【正文】 和梁的塑性破壞機(jī)制相關(guān)的。從這些塑性鉸分析方法得到的結(jié)果和塑性區(qū)方法得到的結(jié)果非常吻合，兩者極限荷載的差別只有4％。LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)方法總體上是偏保守的。對于與基礎(chǔ)固支連接的框架（框架A），LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)方法得出的極限強(qiáng)度與塑性區(qū)極限強(qiáng)度相比低了26％。對于框架B，強(qiáng)度估計(jì)的誤差大概為17％，偏保守。圖6. （a）固支的剛框架幾何形狀，有效長度系數(shù)和荷載類型 （b）鉸支的剛框架幾何形狀，有效長度系數(shù)和荷載類型圖7. （a）固支框架彎矩和軸力圖（b）鉸支框架彎矩和軸力圖荷載分布與估計(jì)的破壞模型圖7（a）與圖7（b）給出了荷載參數(shù)β=。大體上，柱子的軸力大致為標(biāo)準(zhǔn)荷載按比例分配給每根柱子。梁中的軸力可以忽略，因此圖中沒有表示。我們發(fā)現(xiàn)按改進(jìn)塑性鉸分析得出的框架極限狀態(tài)下的彎距分布與圖8. （a）固支框架與（b）鉸支框架荷載作用點(diǎn)曲線的比較彈塑性分析得出的結(jié)果幾乎是相同的。這些結(jié)果總體上與塑性區(qū)分析得出的結(jié)果是一致的。二階塑性區(qū)分析顯示受系數(shù)β=（Chen et al. 1990）。塑性鉸分析得出的極限荷載值是與柱端和梁跨中的塑性鉸的情況有關(guān)的【見圖7（a）和圖7（b）】。與此相反的是，按LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)方法得出的極限荷載只和柱的失穩(wěn)有關(guān)——當(dāng)柱子達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)梁還處于彈性狀態(tài)。這是彈塑性方法的一個(gè)明顯的缺陷，因?yàn)樵诖_定整體強(qiáng)度時(shí)并沒有利用超靜定框架的內(nèi)力重分布。另外，LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)方法估計(jì)的簡支框架的承載力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固支框架。這是因?yàn)椋诠讨Э蚣苤?，彈性分析方法使得受巨大彈性力的柱處于不利地位，雖然這些柱子可以通過非彈性內(nèi)力重分布把力傳給梁從而承載更大的荷載。荷載作用點(diǎn)軌跡圖8（a）和圖8（b）給出的荷載作用點(diǎn)曲線表達(dá)了在加載的過程中，指定截面上荷載大小和方向的變化。當(dāng)柱頂?shù)乃苄糟q形成之后，彈塑性鉸分析得到的荷載分布響應(yīng)曲線在荷載作用點(diǎn)軌跡中會產(chǎn)生突變。當(dāng)有額外的荷載施加到結(jié)構(gòu)上時(shí)，鉸接柱能夠通過重分布把彎矩傳遞給梁從而大大提高軸向承載力。最終，梁的跨中截面形成一個(gè)塑性鉸，導(dǎo)致一個(gè)破壞機(jī)制的形成。圖8（a）和圖8（b）中的塑性區(qū)響應(yīng)曲線展示了在達(dá)到塑性強(qiáng)度之前的荷載逐漸重分布的過程。改進(jìn)塑性鉸分析得出的響應(yīng)曲線是介于前述的非彈性分析方法得出的兩種響應(yīng)曲線之間的。雖然這些分析方法得出的荷載重分布響應(yīng)曲線是不同的，但是這些分析方法得出的極限荷載卻是非常一致的。Vogel的六層框架Vogel（1985）提供了一系列的框架用于確定計(jì)算機(jī)程序的準(zhǔn)確度和可靠度。塑性區(qū)分析的結(jié)果被用來作為比較的基準(zhǔn)。Ziemian（1989）用彈塑性鉸和塑性區(qū)分析方法研究同樣的框架結(jié)構(gòu)。Ziemian的著作通過提供詳細(xì)的系統(tǒng)的內(nèi)力分布（Vogel的著作中所沒有的）從而對Vogel的結(jié)果是個(gè)極大的補(bǔ)充。圖9給出了標(biāo)準(zhǔn)六層框架的構(gòu)造?？蚣苤械乃袠?gòu)件都由熱軋零件組成的。塑性區(qū)分析方法對殘余應(yīng)力和柱子的初始側(cè)移缺陷做了詳細(xì)的說明。在兩種基于塑性鉸的分析方法中，梁都被模擬為四個(gè)離散的元件，而柱子都被看作是一元的。所有的荷載都是按比例分配的。荷載－位移曲線圖9給出了四層和六層結(jié)構(gòu)的荷載－橫向變形曲線，并把塑性鉸分析方法得出的結(jié)果與Vogel的塑性區(qū)分析得出的結(jié)果做了比較。圖9顯示所有的非彈性方法對此框架預(yù)測的極限荷載在本質(zhì)上是相同的。在Vogel的塑性區(qū)研究中，框架達(dá)到其最大承載能力，在彈塑性分析中。這些極限荷載之間的最大差距不超過2％。這些結(jié)果為早期的研究（King et al. 1991；White et al. 1991。 Ziemian 1989）提供了很大的支持，當(dāng)框架全部的非線性行為都由梁中的非彈性性能所決定時(shí)，基于彈塑性鉸的模型在總體上能夠足夠地表現(xiàn)全部框架的性能。力分布與塑性鉸形成圖10和11對框架極限承載能力狀態(tài)下用三種非彈性分析計(jì)算得出的作用在框架固定位置上的軸力和彎矩進(jìn)行了比較。圖中給出的準(zhǔn)確的解決方法是基于Ziemian的塑性區(qū)分析的，在Ziemian的塑性區(qū)分析中，這比Vogel的塑性區(qū)分析得出的極限荷載要稍大一些。所有的非彈性分析預(yù)測的荷載的分布都是相當(dāng)接近的。圖11中有改進(jìn)塑性鉸和彈塑性鉸分析得出的塑性鉸的位置。，而在改進(jìn)塑性鉸分析中。彈塑性鉸分析得出的塑性鉸總共有24個(gè)，相比之下，改進(jìn)塑性鉸分析得出的塑性鉸只有15個(gè)。LRFD彈性分析方法我們也嘗試用LRFD彈性分析方法來計(jì)算Vogel框架的極限承載能力。對于這個(gè)六層框架，柱子的有效長度由有效長度修正系數(shù)來確定，由以下公式給出（Liew et al. 1991） . . . . . . . . . . . . . . . . . .（1） 考慮樓層穩(wěn)定影響的第i根剛柱的有效長度系數(shù)； 彎曲平面內(nèi)的極慣性矩； 由柔性框架計(jì)算圖表得出的構(gòu)件有效長度系數(shù)（Load 1986）；第i 根剛柱必需的軸向抗壓強(qiáng)度；一個(gè)樓層中所有柱子所必需的軸向抗壓強(qiáng)度。圖9. 六層框架荷載—位移曲線的比較圖12給出了標(biāo)準(zhǔn)化框架的k系數(shù)的值。圖中還同時(shí)給出了基于LRFD梁柱影響方程計(jì)算得到的梁柱強(qiáng)度。，框架達(dá)到其極限荷載，此時(shí)，臨界受力構(gòu)件（頂梁）達(dá)到其極限強(qiáng)度。圖12的結(jié)果說明LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)過程是偏保守的?？梢钥闯鲆恍┑蜆菍拥牧汉涂蚣苤兴械闹佣歼€有安全儲備，而這些安全儲備沒有在評價(jià)整個(gè)系統(tǒng)強(qiáng)度時(shí)利用起來。這些安全儲備（當(dāng)臨界構(gòu)件達(dá)到其極限承載能力后，可以通過非彈性荷載重分布而得到）對于高階超靜定結(jié)構(gòu)是非常重要的。設(shè)計(jì)推論對于傳統(tǒng)的彈塑性鉸方法分析的典型的框架結(jié)構(gòu)，有塑性鉸處的荷載被高估，而框架非臨界處的荷載被低估?？蚣苤懈ｋU(xiǎn)構(gòu)件的剛度被高估了，因?yàn)榉治鲋袥]有考慮到逐漸屈服的過程。因此，越危險(xiǎn)的構(gòu)件受力越大，這些力導(dǎo)致了構(gòu)件中最大彎矩處的塑性鉸的形成。然而，如果分析中模擬了構(gòu)件的逐漸屈服，抵抗力將會更加不規(guī)則地在所有的構(gòu)件中分布。同樣的，系統(tǒng)中的非彈性荷載重分布進(jìn)行的非常緩慢而沒有像傳統(tǒng)彈塑性鉸分析模擬的剛度突變。在這樣一個(gè)局部結(jié)構(gòu)中，它的柱子是細(xì)長的（）并受非常大的軸力（），我們認(rèn)為彈塑性鉸方法得出的荷載分布和撓度值沒有改進(jìn)塑性鉸方法得出的準(zhǔn)確。如果構(gòu)件中二階影響非常大，對局部荷載分布和變形的錯(cuò)誤估計(jì)會對整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的估計(jì)造成影響。然而，并不是一個(gè)大的整體結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件都會在達(dá)到整體的最大承載圖10. 六層框架中的軸力比較力之前就達(dá)到局部的最大承載力。因此，關(guān)于局部影響的錯(cuò)誤估計(jì)對整體強(qiáng)度和穩(wěn)定的影響是微乎其微的，特別是對高次超靜定結(jié)構(gòu)。然而，卻有這樣的例子，構(gòu)件可能產(chǎn)生的局部破壞將對整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定產(chǎn)生很大的影響。對于這些例子，用二階彈塑性鉸分析方法對整體結(jié)構(gòu)和局部構(gòu)件強(qiáng)度的直接估計(jì)會導(dǎo)致所得的結(jié)果偏于非保守。另外一方面，改進(jìn)塑性鉸分析方法具有廣泛的正確性，而且它是保守的。因此，這個(gè)方法適用于各種系列結(jié)構(gòu)的的分析和設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)建議改進(jìn)塑性鉸分析的設(shè)計(jì)建議羅列如下。1. 分析中柱初始偏心要特別指定。在分析中，將采用美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會的建筑容許偏差，目的是為了考慮構(gòu)件傾斜對結(jié)構(gòu)的荷載分布造成的影響。然而，我們不能期望建筑中所有的柱子都在同一個(gè)方向達(dá)到其允許的最大傾斜。歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會（“Essentials”1991）介紹說在用塑性區(qū)分析方法分析有側(cè)移框架時(shí)用以下的表達(dá)式可以降低柱子的傾斜： . . . . . . . . . . . . . . （2）L=層高；=樓層中柱子的數(shù)目在應(yīng)用改進(jìn)塑性鉸分析法分析框架時(shí)，必須按（2）式確定框架中每個(gè)樓層平面的傾斜。2. 用LRFD柱子的切線模量來考慮殘余應(yīng)力和構(gòu)件初始偏心對構(gòu)件穩(wěn)定的影響。當(dāng)構(gòu)件的長細(xì)比L/r小于100時(shí)，基于LRFD切線模量的改進(jìn)塑性鉸分析模型的保守度不超過5%。當(dāng)L/r100時(shí)，就要求對幾何偏心做出明確的模擬。在這樣的例子中，就要用到CRC切線模量。圖11. 六層框架的彎矩比較圖12. LRFD二階彈性方法得到的系數(shù)k和梁柱強(qiáng)度值3. 雖然用于數(shù)據(jù)分析的剛度退化作用是一個(gè)現(xiàn)象型模型，但與塑性區(qū)方法相比，它得出了足夠準(zhǔn)確的結(jié)果。4. 用正截面強(qiáng)度LRFD曲線來估計(jì)平面內(nèi)強(qiáng)弱軸強(qiáng)度性能。我們會采用抵抗系數(shù)來減少塑性強(qiáng)度表面來滿足LRFD。不需要對平面內(nèi)構(gòu)件分別進(jìn)行核實(shí)，但是所有的構(gòu)件必須完全結(jié)合并足夠的剛接以避免側(cè)向扭轉(zhuǎn)屈曲。結(jié)論 我們可以得出這樣的結(jié)論，彈塑性鉸方法提供了一個(gè)對非彈性梁柱性能的改進(jìn)的描述，忽略了可能的機(jī)械硬化帶來有利的影響。我們必須注意，在實(shí)際的結(jié)構(gòu)中應(yīng)力狀態(tài)是非常復(fù)雜的。結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能會留有大于三分之一屈服強(qiáng)度的局部殘余應(yīng)力。在構(gòu)件的連接中，焊接，加工，安裝方法和安裝誤差都會產(chǎn)生額外的局部應(yīng)力。因?yàn)檫@些因素，大多數(shù)鋼框架中會不可避免地產(chǎn)生局部屈服，特別是在構(gòu)件的連接端，當(dāng)達(dá)到極限承載力時(shí)。改進(jìn)塑性較模型比彈塑性鉸方法更能考慮到這些影響。另外，改進(jìn)塑性鉸分析可以采用合適的切線模量公式來估計(jì)各種類型柱子的軸向承載力。這些規(guī)范方程通過大量的核準(zhǔn)才得到的，包括對帶有初始缺陷的柱子的經(jīng)驗(yàn)性的和理論性的研究。雖然的等效值是基于合適的柱強(qiáng)度方程的，但是改進(jìn)塑性鉸可以和合適的柱強(qiáng)度協(xié)調(diào)的很好。從很多的例子中我們可以得出一些很重要的結(jié)論，這些結(jié)論是關(guān)于傳統(tǒng)的彈塑性鉸和改進(jìn)塑性鉸方法在分析非彈性框架時(shí)的準(zhǔn)確性的。1. 對于承受高荷載的框架構(gòu)件，特別是梁構(gòu)件，二階彈塑性鉸分析會給出足夠可靠的結(jié)果。另外，這個(gè)方法在估計(jì)框架在彈性屈服狀態(tài)或極限強(qiáng)度狀態(tài)時(shí)的破壞荷載時(shí)是足夠精確的。對于以下種類的倒塌的梁柱構(gòu)件，比起塑性鉸方法，彈塑性鉸分析的偏危險(xiǎn)的誤差不超過4%。● 單向彎曲的梁柱：和/或。● 雙向彎曲的梁柱：和/或。● 只受軸力作用的柱：。● 在所有的情況下，要求構(gòu)件中的軸力不大于。2. 在本文所引用的一些例子中傳統(tǒng)的塑性鉸分析方法表現(xiàn)并不理想。用塑性區(qū)分析方法作為比較的標(biāo)準(zhǔn)，使用二階彈塑性鉸分析的偏危險(xiǎn)的最大誤差總結(jié)如下：● 繞強(qiáng)軸彎曲的Kanchanalai框架：誤差為4%—21%，當(dāng)L/r介于20與60之間時(shí)?！?繞弱軸彎曲的Kanchanalai框架：誤差為0%—30%，當(dāng)L/r介于20與60之間時(shí)?！?單向彎曲的獨(dú)立梁柱：誤差為1%—18%，當(dāng)L/r介于20與100之間時(shí)。● 雙向彎曲的獨(dú)立梁柱：誤差為0%—17%，當(dāng)L/r介于20與100之間時(shí)（Liew 1992）。● 軸心受力柱：最大誤差為23%，當(dāng)時(shí)。 總之，傳統(tǒng)的彈塑性鉸分析不能看作是一種高級的非彈性分析。同樣，把彈塑性鉸模型用于分析受很大的重力荷載但非彈性內(nèi)力重分布的儲備能力很小的結(jié)構(gòu)時(shí)，效果很差。3. 改進(jìn)塑性鉸分析使得對柱強(qiáng)度的估計(jì)接近于柱設(shè)計(jì)的規(guī)范要求。同時(shí)，改進(jìn)塑性較模型能夠很好地估計(jì)梁構(gòu)件的破壞荷載，當(dāng)破壞是由于塑性破壞機(jī)制的形成時(shí)。對于Liew（1992）研究過的有側(cè)移框架例子，改進(jìn)塑性鉸方法給出了偏安全的結(jié)果并保證了一個(gè)合理的準(zhǔn)確度。對于獨(dú)立梁柱結(jié)構(gòu)的例子，與LRFD梁柱強(qiáng)度結(jié)果相比，其最大偏危險(xiǎn)誤差不超過5%。改進(jìn)塑性鉸方法可以分析各種結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性能，從獨(dú)立構(gòu)件和簡單的門式框架結(jié)構(gòu)，到整個(gè)多層的結(jié)構(gòu)。因此，它可以被稱為一種高級的分析方法。4. 現(xiàn)在的研究表明，基于具體構(gòu)件承載能力核實(shí)的彈性分析程序在評估超靜定結(jié)構(gòu)在極限強(qiáng)度狀態(tài)下的性能時(shí)，是有局限的。當(dāng)內(nèi)力重分布發(fā)生時(shí)，LRFD梁柱方程所采用的有效長度系數(shù)就無法表達(dá)一個(gè)框架的工作性能了。因此，只有當(dāng)框架是完全彈性時(shí)，它的應(yīng)用才是有效的?？傊?，LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)是偏保守的。然而，Liew（1992）中的若干基準(zhǔn)點(diǎn)研究說明這種方法估計(jì)的極限強(qiáng)度狀態(tài)比起一個(gè)超靜定框架的實(shí)際強(qiáng)度來說是太保守了。LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)方法的保守度在總體上是隨著框架的超靜定次數(shù)的增加而增加的。第二章參考文獻(xiàn)陳祿如 中國鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀和展望 《建筑鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)展》2001 李國強(qiáng) 薛偉辰 當(dāng)代建筑工程的新結(jié)構(gòu)體系 《建筑鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)展》2001 李世俊 徐寅 我國鋼鐵產(chǎn)品的發(fā)展對建筑鋼結(jié)構(gòu)的促進(jìn) 《建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展》2002 姜學(xué)詩 鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見問題分析 《建筑結(jié)構(gòu)》2003 [西德] F ? 哈特 W ? 海恩 H ? 桑塔格《鋼結(jié)構(gòu)建筑資料集》中國建筑工業(yè)出版社附 錄Ⅰ計(jì)算書本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為一鋼結(jié)構(gòu)重型工業(yè)廠房。除屋面支撐、柱間支撐、隅撐采用手算外，其它結(jié)構(gòu)均用pkpm計(jì)算。一. 荷載1. 屋面活載屋面活荷載設(shè)計(jì)值 彩鋼板屋面自重標(biāo)準(zhǔn)值 KN/ 屋面檁條自重標(biāo)準(zhǔn)值 KN/ 支撐重標(biāo)準(zhǔn)值 KN/2. 風(fēng)荷載 （10m高處） KN/ 3. 主梁，柱自重程序自動計(jì)算4. 吊車荷載查找吊車數(shù)據(jù)庫5. 基本雪壓 KN/ 二. pkpm內(nèi)力計(jì)算結(jié)果工程名: 工業(yè)廠房 ************ ***************** 日期: 6/10/2004 時(shí)間:10:13:39 設(shè)計(jì)主要依據(jù): 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 500092001)。 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 500112001)。 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ 1788)。 《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS 102:98)。 上