最新關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計中計算長度的討論(存儲版)
【正文】 模型中，應(yīng)力比計算結(jié)果如下圖所示：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力比示意圖具體各構(gòu)件應(yīng)力比數(shù)值可在模型中查看，滿足規(guī)范要求。工程中的一系列對比，也說明這些做法是正確的，下面以筆者的一個實例來說明些方法在工程實踐中的運用。如圖46所示的有側(cè)移，橫梁與柱均為剛接，柱的截面為H5004001220， Ic=109mm4，為保證柱先于梁發(fā)生屈曲，設(shè)梁的截面為□10004003030， Ib=109mm4，鋼材采用Q235。因此為了設(shè)計方便，工程上通常將其近似為軸壓構(gòu)件，通過反推的方法來確定計算長度系數(shù)。其把端部有約束的壓桿化作等效的兩端鉸接的桿件，等效條件為兩者的承載力相同。曲率可以近似地用變形的二次微分表示，即（）可取如圖隔離體，列方程：（EIy``+PY=0）推導(dǎo)得出：P=n2pi()2EI/l2，其中式中n=1時為構(gòu)件具有中性平衡狀態(tài)時的最小荷載，即分岔屈曲荷載Pcr，又稱為歐拉荷載Pe=pi^2EI/l2采用計算長度系數(shù)進行穩(wěn)定設(shè)計的原因：的概念：穩(wěn)定問題具有多樣性、整體性及相關(guān)性三個問題：【5】陳紹蕃P941） 多樣性：軸性受壓桿件有彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲、彎扭屈曲等多種形式。表41 雙層網(wǎng)殼桿件的計算長度l0桿件節(jié) 點螺栓球焊接空心球板節(jié)點弦桿及支座腹桿ll腹 桿l表42 單層網(wǎng)殼桿件的計算長度l0 彎曲方向節(jié) 點焊接空心球轂節(jié)點殼體曲面內(nèi)l殼體曲面外l“規(guī)范”及網(wǎng)殼規(guī)程的這些規(guī)定有很大的局限性：對于其它節(jié)點型式，特別是大型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，桿件規(guī)格多、截面尺寸大、構(gòu)造復(fù)雜，采用上述節(jié)點型式將很不合理，導(dǎo)致無法采用現(xiàn)成的規(guī)范條文；而且本章后續(xù)的研究表明：網(wǎng)殼規(guī)程所取的計算長度系數(shù)，特別是單層網(wǎng)殼，存在較大的安全隱患，不能直接運用于設(shè)計中；構(gòu)件的計算長度系數(shù)也不僅僅簡單地與節(jié)點型式相關(guān)；當前規(guī)范針對大跨空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算長度取值，缺乏明確的規(guī)定，更沒有提出計算方法，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計人員無據(jù)可依。根據(jù)不同的情況，不同支撐框架柱可分別選用有側(cè)移框架柱和無側(cè)移框架柱的計算長度系數(shù)[47]。該方法的計算步驟為：首先采用一階分析求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力，按各種荷載組合求出各桿件的最不利內(nèi)力；然后按第一類彈性穩(wěn)定問題建立框架達到臨界狀態(tài)時的特征方程，確定各柱的計算長度；最后將各桿件隔離出來，按單獨的壓彎構(gòu)件進行穩(wěn)定承載力的驗算。計算長度系數(shù)的推導(dǎo)方法：計算長度系數(shù)的推導(dǎo)圖41 無側(cè)移剛接框架柱的計算簡圖圖41給出的是無側(cè)移多層鋼框架的子結(jié)構(gòu)，利用受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件的轉(zhuǎn)角位移方程，代入，且，建立與節(jié)點A有關(guān)的梁端與柱端力矩： (41) (42)其中，C、S根據(jù)無側(cè)移彈性壓彎構(gòu)件轉(zhuǎn)角位移方程確定：，根據(jù)節(jié)點平衡條件： 可得： 或 (43)式中：同時，可求出節(jié)點B的彎矩平衡條件為 (44)式中：由公式（444）組成無常數(shù)項的聯(lián)立程。2） 反彎點法通過對整體結(jié)構(gòu)進行屈曲分析，可以得到結(jié)構(gòu)及桿件發(fā)生屈曲時彎矩圖或變形曲線圖。為了設(shè)計方便，工程上常通過反推的方法來確定計算長度系數(shù)。大型復(fù)雜結(jié)構(gòu) 的這一力學特征顯著不同于傳統(tǒng)的小跨度或小規(guī)模簡單結(jié)構(gòu)，因而，在設(shè)計這類結(jié)構(gòu)時，除按常規(guī)設(shè)計規(guī)范驗算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度及穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)的剛度外，設(shè)計者還要驗算結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。這也是目前比較廣泛被接受的解釋[19]。文獻[14][18]討論了結(jié)構(gòu)產(chǎn)生屈曲的原因，可以定義結(jié)構(gòu)的屈曲為處于高位能的結(jié)構(gòu)由平衡臨界狀態(tài)隨著能量的釋放向處于低位能的結(jié)構(gòu)平衡臨界狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過程，發(fā)生平衡轉(zhuǎn)移的那個瞬間狀態(tài)，就是臨界狀態(tài)。而近年來，采用
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