【正文】 浙江大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 使用 高級(jí) 分析法的鋼框架創(chuàng)新設(shè)計(jì) 1．導(dǎo)言 在美國(guó) ， 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法包括允許應(yīng)力設(shè)計(jì)法 (ASD)，塑性設(shè)計(jì)法 (PD)和荷載阻力系數(shù)設(shè)計(jì)法 (LRFD)。在允許應(yīng)力設(shè)計(jì)中，應(yīng)力計(jì)算基于一階彈性分析，而幾何非線性影響則隱含在細(xì)部設(shè)計(jì)方程中。在塑性設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)分析中使用的是一階塑性鉸分析。塑性設(shè)計(jì)使整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的彈性力重新分配。盡管幾何非線性和逐步高產(chǎn)效應(yīng)并不在塑性設(shè)計(jì)之中，但它們近似細(xì)部設(shè)計(jì)方程。在荷載和阻力系數(shù)設(shè)計(jì)中，含放大系數(shù)的一階彈性分析或單純的二階彈性分析被用于幾何非線性分析，而梁柱的極限強(qiáng)度隱藏在互動(dòng)設(shè)計(jì)方 程。所有三個(gè)設(shè)計(jì)方法需要獨(dú)立進(jìn)行檢查，包括系數(shù) K 計(jì)算。在下面，對(duì)荷載抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法的特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)力及穩(wěn)定性和它的構(gòu)件是相關(guān)的，但目前美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)（ AISC）的荷載抗力系數(shù)規(guī)范把這種分開(kāi)來(lái)處理的。在目前的實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)構(gòu)體系和它構(gòu)件的相互影響反映在有效長(zhǎng)度這一因素上。這一點(diǎn)在社會(huì)科學(xué)研究技術(shù)備忘錄第五錄摘錄中有描述 。 盡管結(jié)構(gòu)最大內(nèi)力和構(gòu)件最大內(nèi)力是相互依存的（但不一定共存），應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，嚴(yán)格考慮這種相互依存關(guān)系，很多結(jié)構(gòu)是不實(shí)際的。與此同時(shí)，眾所周知當(dāng)遇到復(fù)雜框架設(shè)計(jì)中試圖在柱設(shè)計(jì)時(shí) 自動(dòng)彌補(bǔ)整個(gè)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定（例如通過(guò)調(diào)整柱的有效長(zhǎng)度）是很困難的。因此，社會(huì)科學(xué)研究委員會(huì)建議在實(shí)際設(shè)計(jì)中，這兩方面應(yīng)單獨(dú)考慮單獨(dú)構(gòu)件的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。圖 就是這種方法的間接分析和設(shè)計(jì)方法。 浙江大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 在目前的美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)荷載抗力系數(shù)規(guī)范中，分析結(jié)構(gòu)體系的方法是一階彈性分析或二階彈性分析。在使用一階彈性分析時(shí)，考慮到二階效果，一階力矩都是由 B1,B2 系數(shù)放大。在規(guī)范中，所有細(xì)部都是從結(jié)構(gòu)體系中獨(dú)立出來(lái)，他們通過(guò)細(xì)部?jī)?nèi)力曲線和規(guī)范給出的那些隱含二階效應(yīng)，非彈性，殘余應(yīng)力和撓度的相互作用設(shè)計(jì) 的。理論解答和實(shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)的擬合曲線得到了柱曲線和梁曲線，同時(shí)Kanchanalai 發(fā)現(xiàn)的所謂“精確”塑性區(qū)解決方案的擬合曲線確定了梁柱相互作用方程。 為了證明單個(gè)細(xì)部?jī)?nèi)力對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的影響，使用了有效長(zhǎng)度系數(shù)，如圖 所示。有效長(zhǎng)度方法為框架結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)良好的設(shè)計(jì)。然而，有效長(zhǎng)度方法的浙江大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 使用存在著一些困難，如下所述： 有效長(zhǎng)度的方法不能準(zhǔn)確核算的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及其細(xì)部之間的互相影響。這是因?yàn)樵谝粋€(gè)大的結(jié)構(gòu)體系中的相互作用太復(fù)雜不能簡(jiǎn)單地用有效長(zhǎng)度系數(shù) K 代表。因此，這種方法不能準(zhǔn)確地測(cè)算框架單元實(shí)際需 要的強(qiáng)度。 有效長(zhǎng)度的方法無(wú)法獲取結(jié)構(gòu)體系中內(nèi)力非彈性再分配，因?yàn)閹в?B B2 系數(shù)的一階彈性分析只證明二階影響，但不是非彈性內(nèi)力再分配。有效長(zhǎng)度的方法只是保守的估計(jì)了最終承載大型結(jié)構(gòu)體系的能力。 有效長(zhǎng)度方法無(wú)法測(cè)算的結(jié)構(gòu)體系受負(fù)荷載下的失效模式。這是因?yàn)楹奢d抗力系數(shù)相互作用方程不提供在任何負(fù)載下結(jié)構(gòu)體系的失效模式的信息。 有效長(zhǎng)度的方法與計(jì)算機(jī)程序不兼容。 有效長(zhǎng)度的方法在涉及系數(shù) K 的單獨(dú)構(gòu)件能力檢測(cè)時(shí)需要耗費(fèi)比較長(zhǎng)的時(shí)間。 隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，細(xì)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性這兩個(gè)方 面，可以通過(guò)結(jié)構(gòu)的最大強(qiáng)度測(cè)定來(lái)被嚴(yán)格對(duì)待。圖 就是這種方法的間接分析和設(shè)計(jì)方法。直接設(shè)計(jì)方法的發(fā)展被稱為高級(jí)分析，或者更具體地說(shuō)，二階彈性分析框架設(shè)計(jì)。用這種直接的方式，無(wú)須計(jì)算有效長(zhǎng)度系數(shù)，因?yàn)椴恍枰?guī)范方程包含的單獨(dú)構(gòu)件能力檢測(cè)。憑借目前現(xiàn)有的計(jì)算技術(shù)，直接使用 高級(jí) 分析法技術(shù)框架設(shè)計(jì)是可行的。這種方法過(guò)去在辦公室設(shè)計(jì)使用時(shí)一直被認(rèn)為是不切實(shí)際的。本章的目的是提出一個(gè)切實(shí)可行的，直接的鋼框架設(shè)計(jì)方法，使用 高級(jí) 分析法產(chǎn)生跟荷載抗力系數(shù)法的相同的結(jié)果。 利用 高級(jí) 設(shè)計(jì)分析的優(yōu)點(diǎn)概述如下： 高級(jí) 分析法 是結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的另一個(gè)工具，它的通過(guò)不是強(qiáng)制性的，而是為設(shè)計(jì)人員提供靈活的選擇。 高級(jí) 分析法直接獲取了整個(gè)結(jié)構(gòu)體系和細(xì)部結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，這樣就不需要規(guī)范方程包含的單獨(dú)構(gòu)件能力檢測(cè)。 相比荷載阻力系數(shù)設(shè)計(jì)法和允許應(yīng)力設(shè)計(jì)法， 高級(jí) 分析法通過(guò)直接彈性二階分析提供了更多結(jié)構(gòu)性能的信息。 高級(jí) 分析法解決了常規(guī)荷載阻力系數(shù)設(shè)計(jì)法中由于不兼容彈性全球分析和單元極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的困難。 高級(jí) 分析法與計(jì)算機(jī)程序兼容性良好，但荷載阻力系數(shù)設(shè)計(jì)法和允許應(yīng)力設(shè)計(jì)浙江大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 法則無(wú)法與計(jì)算機(jī)程序兼容，因?yàn)樗鼈?在過(guò)程中都需要有對(duì)系數(shù) K 的單獨(dú)構(gòu)件能力檢測(cè)的計(jì)算。 高級(jí) 分析法可以得到整個(gè)結(jié)構(gòu)體系彈性內(nèi)力再分配的結(jié)果，并且節(jié)約高度不確定的鋼框架的材料。 過(guò)去在設(shè)計(jì)室使用 高級(jí) 分析法被認(rèn)為不切實(shí)際，而現(xiàn)在則是可行的，因?yàn)閭€(gè)人電腦和工程工作站的能力正在迅速提高。 通過(guò) 高級(jí) 分析法測(cè)定的各項(xiàng)數(shù)據(jù)都接近了荷載抗力系數(shù)法測(cè)定的那些數(shù)據(jù)，因?yàn)?高級(jí) 分析法對(duì)荷載抗力系數(shù)法的柱曲線和梁柱的相互作用方程進(jìn)行了校準(zhǔn)。因此， 高級(jí) 分析法替代了荷載抗力系數(shù)法。 高級(jí) 分析法比較高效，因?yàn)樗耆私?jīng)常引起混淆的冗長(zhǎng)的單獨(dú)構(gòu)件能力檢測(cè)， 包括荷載阻力系數(shù)設(shè)計(jì)法和允許應(yīng)力設(shè)計(jì)法中的系數(shù) K 的計(jì)算。 在各種 高級(jí) 分析法中，包括塑性區(qū)準(zhǔn)塑性鉸法，彈性區(qū)塑性鉸法，名義負(fù)荷塑性鉸法和改進(jìn)塑性鉸法，推薦使用改進(jìn)塑性鉸法，因?yàn)樗Ａ袅擞?jì)算的效率和簡(jiǎn)便性及實(shí)際應(yīng)用的準(zhǔn)確度。這個(gè)方法是對(duì)簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)的彈塑性鉸法的改進(jìn)。其中包括一個(gè)簡(jiǎn)單的修改，證明在塑性鉸位置截面剛度的逐步退化和包括細(xì)部?jī)蓚€(gè)塑性鉸之間的逐步剛度退化。 表 中對(duì)常規(guī)荷載抗力系數(shù)法和 高級(jí) 實(shí)用性分析方法的關(guān)鍵因素做了比較。荷載抗力系數(shù)方法用來(lái)證明主要影響隱含在其柱強(qiáng)度和梁柱相互作用方程之中，而高級(jí) 分 析法通過(guò)穩(wěn)定性的功能，剛度退化的功能和幾何缺陷方面來(lái)證明那些影響，在 中有詳細(xì)討論。 高級(jí) 分析法持有許多鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際問(wèn)題的答案，同樣地，我們推薦尋找有效地合理浙江大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 外文翻譯 地完成框架設(shè)計(jì)方法提供給工程師，但這要符合荷載抗力系數(shù)規(guī)范。在下面的章節(jié)里，我們將提出符合荷載抗力系數(shù)鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的 高級(jí) 先進(jìn)實(shí)用分析方法。該方法的有效性將通過(guò)比較基于精確塑性區(qū)解決方案和荷載抗力系數(shù)設(shè)計(jì)分析及設(shè)計(jì)結(jié)果的細(xì)部和框架的實(shí)際案例研究。大范圍的案例研究和比較可以這種 高級(jí)方法的有效性。 2．高級(jí) 實(shí)用性分析 本節(jié)介紹了一種消除規(guī)范單獨(dú)構(gòu)件 能力檢測(cè)的直接設(shè)計(jì)鋼框架的 高級(jí) 實(shí)用性分析方法。改進(jìn)后的塑性鉸法是由簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)的彈塑性鉸法發(fā)展調(diào)整而來(lái)，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單和真實(shí)的反映了實(shí)際情況。下一節(jié)將提供了最終確認(rèn)該方法的有效性的核查方法。 高級(jí) 分析能夠驗(yàn)證連接的靈活性。常規(guī)分析和鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常在假設(shè)梁柱連接不是完全剛性或理想的固定下進(jìn)行。然而，在大部分實(shí)際的連接是半剛性的并且它們的狀態(tài)介于這兩個(gè)極端的例子之間。在允許應(yīng)力設(shè)計(jì) 荷載抗力系數(shù)規(guī)范，有兩類特定的建筑： FR（完全受限）結(jié)構(gòu)和 PR（部分受限）結(jié)構(gòu)。荷載抗力系數(shù)規(guī)范允許通過(guò)“合理途徑”連接靈活性評(píng)估。 瞬間旋轉(zhuǎn)的關(guān)系代表了連接的狀態(tài)，已經(jīng)完成