【正文】 ........................................................................................ 14 極限承載能力 ............................................................................................................................. 15 荷載分布與估計的破壞模型 ..................................................................................................... 17 荷載作用點軌跡 ......................................................................................................................... 19 Vogel 的六層框架 ....................................................................................................................... 19 荷載－位移曲線 ......................................................................................................................... 19 力分布與塑性鉸形成 ................................................................................................................. 20 設(shè)計推論 ..................................................................................................................................... 21 設(shè)計建議 ..................................................................................................................................... 23 第二章參考文獻 ................................................................................................................................ 28 附 錄 ........................................................................................................................................ 29 Ⅰ計算書 ..................................................................................................................................... 29 一 . 荷載 ............................................................................................................................... 29 二 . pkpm 內(nèi)力計算結(jié)果 ...................................................................................................... 29 三 .屋面檁條計算 ............................................................................................................... 133 四 . 墻梁計算 ..................................................................................................................... 137 五 .抗風柱計算 ................................................................................................................... 143 六 .吊車梁計算 ................................................................................................................... 149 七．屋面橫向支撐計算 .................................................................................................... 159 八．柱間支撐計算 ............................................................................................................ 159 3 九 . 節(jié)點設(shè)計 ..................................................................................................................... 161 Ⅱ圖 紙 ................................................................................................................................... 162 致 謝 .......................................................................................................................................... 173 4 重型工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘 要 本文討論的是與二維鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計改進分析方法相關(guān)的若干使用問題。我們做了一些個案分析，目的是為了闡述改進塑性鉸方法在預(yù)測獨立構(gòu)件強度和局部穩(wěn)定以及整體結(jié)構(gòu)強度方面的精確性。合成模型已經(jīng)對改進塑性鉸方法做了定義。任何分析方法如果與這些基準點相符合就可以被認為是滿足二維改進非彈性分析的。我們把這些分析方法得出的結(jié)果和框架完全塑性區(qū)分析方法的結(jié)果做了比較。 用 于直 接計 算構(gòu)件 和系 統(tǒng)強 度的塑 性鉸 分析 方法的 適用 范圍 已經(jīng)得 到確定。 Liew的著作中的全部問題包括帶有剛性和半剛性連接的有側(cè)移和無側(cè)移框架，帶有嵌板區(qū)變形的框架，斜柱框架，獨立梁柱，強弱軸柱的工作性能。然而，對于塑性鉸分析方法只給出了強軸的強度曲線。同樣的，在接下來的全部復(fù)核研究中，改進塑性鉸分析方法是利用了拋物線型剛度退化作用。在圖 1 和 2 描述的門式鋼架中，塑性鉸模型的強軸強度出現(xiàn)了誤差，大約平均誤差有 9％，最高的有 20％。 彈塑性鉸模型是有可能過低估計弱軸強度的。這意味著在估計彈性彎曲或塑性機制下的破壞荷載時，二階彈塑性鉸分析 是有足夠的精確度的。改進塑性分析法用于圖 3 的框架結(jié)構(gòu)時精確度特別高，相比之下如果在這樣的結(jié)構(gòu)中用彈塑性鉸分析法就會經(jīng)常出錯。在這樣一系列的軸力作用下，構(gòu)件中附加的分散的塑性影響將伴隨著彎曲作用。對于一般的荷載情況，對能夠考慮分散塑性作用的改進塑性鉸分析方法的應(yīng)用，極大地改進了非彈性強度估計。 10 圖 3. 0AG? 且 / 20cLr? 的斜柱框架強度曲線的對比 圖 4 給出了改進塑性鉸分析得出得結(jié)果，每個柱子用兩個元素。對比結(jié)果顯示把改經(jīng)塑性鉸分析得出的柱強度曲線用于長細比為?? 的柱子時，其保守系數(shù)不超過 5％。以這種方法得到的柱強度在本質(zhì)上和利用了柱切線模量的非彈性屈曲方法估計的值是相同的。然而，對于那些長細比值小于等于 的柱子來說 CRC－ Et 非 彈性屈曲分析的最大誤差與 AISC LRFD 柱強度曲線相比其保險系數(shù)不大于 5％。 當非彈性分析用于框架設(shè)計時， AISC LRFD 給出了一些軸心力的限制：對于有側(cè)移柱，要求 ?? 且 yP ? ；對于無側(cè)移柱，要求 yP ? 。對于 c? 值介于 與 之間的的柱子， LRFD－ Et 必須用于非彈性分析從而使得構(gòu)件缺陷影響可以被認為是沒有疑問的。然而當把一元分析的改進塑性鉸方法應(yīng)用于 c ?? 的柱子中，其誤差將降到低于 5％。圖 5 中基于塑性鉸的結(jié)果都是由于使用了構(gòu)件的二元素分析才得出的，而且兩個分析都精確地模擬了構(gòu)件的初始變形（在中部達到最大值 0 L/1000? ? ）。改進塑性鉸方法在估計圖 5 中梁柱的極限強度時是非常成功的，最大誤差低于 7％。 下面的簡化分析方法是用來評價這部分框架的極限狀態(tài)的。 ● 彈塑性鉸方法 —— 傳統(tǒng)的塑性鉸分析方法是用來模擬材料的非線性性能的。 剛性框架 圖 6 給出了兩個無側(cè)向變形門式框架的尺 寸和構(gòu)件的尺寸。然而本文只給出了相應(yīng)于β值為 的結(jié)果。假設(shè)梁沒有初始變形。柱子被離散為四個元件以考察柱端塑性鉸的情況和近似模擬構(gòu)件正弦分布的初始偏心。這是因為這些框架的破壞荷載是和梁的塑性破壞機制相關(guān)的。對于框架 B，強度估計的誤差大概為 17％，偏保守。我們發(fā)現(xiàn)按改進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曲線的比較 彈塑 性分析得出的結(jié)果幾乎是相同的。與此相反的是，按 LRFD 彈性分析 /設(shè)計方法得出的極限荷載只和柱的失穩(wěn)有關(guān) —— 當 19 柱子達到極限強度時梁還處于彈性狀態(tài)。 荷載作用點軌跡 圖 8（ a）和圖 8（ b）給出的荷載作用點曲線表達了在加載的過程中，指定截面上荷載大小和方向的變化。圖 8（ a）和圖 8（ b）中的塑性區(qū)響應(yīng)曲線展示了在達到塑性強度之前的荷載逐漸重分布的過程。塑性區(qū)分析的結(jié)果被用來作為比較的基準?？蚣苤械乃袠?gòu)件都由熱軋零件組成的。 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 20 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。這些結(jié)果為早期的研究（ King et al. 1991； White et al. 1991。所有的非彈性分析預(yù)測的荷載的分布都是相當接近的。 LRFD 彈性分析方法 我們也嘗試用 LRFD 彈性分析方法來計算 Vogel 框架的極限承載能力。當荷載參數(shù)達到 時，框架達到其極限荷載，此時，臨界受力構(gòu)件（頂梁）達到其極限強度，荷載系數(shù)為 。 設(shè)計推論 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。同樣的，系統(tǒng)中的非彈性荷載重分布進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。因此，關(guān)于局部影響的錯誤估計對整體強度 23 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)。因此，這個方法適用于各種系列結(jié)構(gòu)的的分析和設(shè)計。然而，我們不能期望建筑中所有的柱子都在同一個方向達到其允許的最大傾斜。當 L/r100 時，就要求對幾何偏心做出明確的模擬。我們會采用抵抗系數(shù)來減少塑性強度表面來滿足 LRFD。結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能會留有大于三分之一屈服強度的局部殘余應(yīng)力。另外，改進塑性鉸分析可以采用合適的切線模量公式來估計各種類型柱子的軸向承載力。 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。 ● 雙向彎曲的梁柱： / ? 和 /或 / 40Lr? 。用塑性區(qū)分析方法作為比較的標準，使用二階彈塑性鉸分析的偏危險的最大誤差總結(jié)如下： ● 繞強軸彎曲的 Kanchanalai 框架：誤差為 4%— 21%，當 L/r 介于 20 與60 之間時。 ● 軸心受力柱：最大誤差為 23%，當 ?? 時。同時， 27 改進塑性較模型能夠很好地估計梁構(gòu)件的破壞荷載，當破壞是由于塑性破壞機制的形成時。因此，它可以被稱為一種高級的分析方法?？傊?， LRFD 彈性分析 /設(shè)計是偏保守的。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 計算。 《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 (CECS 102:98)