【正文】 . . . . （2）L=層高；=樓層中柱子的數(shù)目在應用改進塑性鉸分析法分析框架時，必須按（2）式確定框架中每個樓層平面的傾斜。然而，卻有這樣的例子，構件可能產(chǎn)生的局部破壞將對整體結構的穩(wěn)定產(chǎn)生很大的影響。框架中更危險構件的剛度被高估了，因為分析中沒有考慮到逐漸屈服的過程。對于這個六層框架，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； 由柔性框架計算圖表得出的構件有效長度系數(shù)（Load 1986）；第i 根剛柱必需的軸向抗壓強度；一個樓層中所有柱子所必需的軸向抗壓強度。 Ziemian 1989）提供了很大的支持，當框架全部的非線性行為都由梁中的非彈性性能所決定時，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。塑性區(qū)分析方法對殘余應力和柱子的初始側移缺陷做了詳細的說明。改進塑性鉸分析得出的響應曲線是介于前述的非彈性分析方法得出的兩種響應曲線之間的。這是彈塑性方法的一個明顯的缺陷，因為在確定整體強度時并沒有利用超靜定框架的內(nèi)力重分布。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的破壞模型圖7（a）與圖7（b）給出了荷載參數(shù)β=。在應用LRFD彈性分析/設計方法時，是根據(jù)計算圖表中的公式（Load 1986）來確定剛框架的有效長度系數(shù)的。在Liew（1992）中還給出了荷載情況對剛性框架極限強度性能的影響的其它結論。 ● 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。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％。然而當把一元分析的改進塑性鉸方法應用于的柱子中，其誤差將降到低于5％。當非彈性分析用于框架設計時，AISC LRFD給出了一些軸心力的限制：對于有側移柱，要求且；對于無側移柱，要求。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。 圖3. 且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果，每個柱子用兩個元素。在這樣一系列的軸力作用下，構件中附加的分散的塑性影響將伴隨著彎曲作用。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。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％。然而，對于塑性鉸分析方法只給出了強軸的強度曲線。用于直接計算構件和系統(tǒng)強度的塑性鉸分析方法的適用范圍已經(jīng)得到確定。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。我們做了一些個案分析，目的是為了闡述改進塑性鉸方法在預測獨立構件強度和局部穩(wěn)定以及整體結構強度方面的精確性。同時，把它的結果與彈塑性分析結果和塑性區(qū)分析結果的作出對比，從而評價了這個分析模型的性能。也就是說，分析模型可以以足夠的精確度來表達梁柱的強度從而單獨的具體構件的承載力驗算就不需要了。并且還論述了這些方法在鋼框架結構高級分析中的應用，提出了設計的建議。因為其結果是用無量綱的形式表示的，而且用于強軸和弱軸截面強度分析的是同一種塑性強度曲線（例如用于零長度構件的LRFD梁柱影響方程），所以建立在鉸分析基礎上的弱軸曲線和強軸強度曲線是非常相似的。對于圖3中的斜柱框架，強軸強度也估計的過高，最大誤差達20％。然而，對于圖1－3中的框架來說，在塑性鉸分析中，在一系列彎矩軸力比下強軸和弱軸強度都被估計的過高。因此，把切線模量單獨應用于彈塑性鉸分析中對于表達構件的剛度退化是不夠的，特別是當構件中的彎距并不是很小時。我們假設一個尺寸為831的柱截面繞強軸彎曲，并且還對柱的初始變形（最大的撓曲發(fā)生在柱子長度的中部，大小為L/1500）做了明確的模擬。我們可以看到，兩個切線模量非彈性屈曲分析方法都過高估計了含于AISC LRFD柱方程（Load 1986）的柱承載能力。同樣在LRFD的規(guī)定中，對于鋼框架結構的分析也不要求對幾何缺陷作精確的模擬。獨立梁柱結構Zhou et al.（1990）研究的獨立梁柱結構已經(jīng)成為我們現(xiàn)在的研究對象，其目的是評估彈塑性鉸和改進塑性鉸分析方法在解決受端部等效彎距的作用下的梁柱結構問題時的性能。另外對受非等效端部彎距作用下的梁柱相反曲率彎曲的研究在Liew（1992）中也提到了。初始幾何缺陷，就像彈性區(qū)分析方法中假設的一樣，在這個分析中也得到了精確的模擬。在塑性區(qū)分析中（Chen et al. 1990）,所有的梁柱橫截面都含有初始殘余應力，其最大壓應力值出現(xiàn)在邊緣端部，大小為。圖6給出了柱系數(shù)k的值。大體上，柱子的軸力大致為標準荷載按比例分配給每根柱子。另外，LRFD彈性分析/設計方法估計的簡支框架的承載力要遠遠大于固支框架。雖然這些分析方法得出的荷載重分布響應曲線是不同的，但是這些分析方法得出的極限荷載卻是非常一致的。在兩種基于塑性鉸的分析方法中，梁都被模擬為四個離散的元件，而柱子都被看作是一元的。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算得出的作用在框架固定位置上的軸力和彎矩進行了比較。圖9. 六層框架荷載—位移曲線的比較圖12給出了標準化框架的k系數(shù)的值。因此，越危險的構件受力越大，這些力導致了構件中最大彎矩處的塑性鉸的形成。對于這些例子，用二階彈塑性鉸分析方法對整體結構和局部構件強度的直接估計會導致所得的結果偏于非保守。2. 用LRFD柱子的切線模量來考慮殘余應力和構件初始偏心對構件穩(wěn)定的影響。結論 我們可以得出這樣的結論，彈塑性鉸方法提供了一個對非彈性梁柱性能的改進的描述，忽略了可能的機械硬化帶來有利的影響。雖然的等效值是基于合適的柱強度方程的，但是改進塑性鉸可以和合適的柱強度協(xié)調(diào)的很好?！?在所有的情況下，要求構件中的軸力不大于。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構時，效果很差。當內(nèi)力重分布發(fā)生時，LRFD梁柱方程所采用的有效長度系數(shù)就無法表達一個框架的工作性能了。 《建筑抗震設計規(guī)范》(GB 500112001)。 《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》(CECS 102:98)?？傊?，LRFD彈性分析/設計是偏保守的。同時，改進塑性較模型能夠很好地估計梁構件的破壞荷載，當破壞是由于塑性破壞機制的形成時。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。1. 對于承受高荷載的框架構件，特別是梁構件，二階彈塑性鉸分析會給出足夠可靠的結果。結構構件可能會留有大于三分之一屈服強度的局部殘余應力。當L/r100時，就要求對幾何偏心做出明確的模擬。因此，這個方法適用于各種系列結構的的分析和設計。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?？蚣苓_到其極限荷載，此時，臨界受力構件（頂梁）達到其極限強度。所有的非彈性分析預測的荷載的分布都是相當接近的。荷載－位移曲線圖9給出了四層和六層結構的荷載－橫向變形曲線，并把塑性鉸分析方法得出的結果與Vogel的塑性區(qū)分析得出的結果做了比較。塑性區(qū)分析的結果被用來作為比較的基準。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。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果幾乎是相同的。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的。假設梁沒有初始變形。就像在塑性區(qū)分析中一樣，在圖5. 塑性鉸分析得出的梁柱強度曲線與實際強度曲線的對比● 改進塑性分析中，初始缺陷也得到了精確的模擬。具體例子的分析Chen et al.（1990）的剛性框架和Vogel（1985）與Ziemian（1989）的六層框架的塑性區(qū)分析方法被作為基準來評價改進塑性鉸和彈塑性鉸方法在估測超靜定框架在極限狀態(tài)下性能的能力。圖5給出了塑性區(qū)強度曲線，并把它與彈塑性鉸和改進彈塑性鉸方法作了比較。改進塑性鉸分析對的柱子的一元分析的保險度不超過5%。這個最大誤差是與一定的長細比的柱子相聯(lián)系的，在這個長細比下，殘余應力和構件的初始彎曲相互作用使得柱的承載力與完美柱子的承載力理想值相比有了巨大的降低。我們把改進塑性鉸分析得出的非彈性柱的強度曲線和AISC LRFD柱強度曲線做了對比。對于這些例子，切線模量和二階改進彈塑性鉸分析的應用并不會改進強度估計，因為當P。改進塑性鉸分析方法對于圖1－3中的強弱軸例子，在一系列的彎矩軸力比下，與塑性區(qū)結果相比較，其保守系數(shù)不會超過4％。在這些例子中，建立在彈塑性鉸分析基礎上的對弱軸強度估計的最大誤差高達10％到30％。比較各種方法，改進塑性鉸分析方法用的是只考慮初始應力影響的切線模量。本文所引用的例子是Liew（1992）研究的構件和框架問題的一部分。對這些框架的評價是基于荷載－承載力設計的彈性分析方法塑性鉸分析方法的。關鍵詞：鋼結構 塑性鉸 彈塑性分析重型工業(yè)廠房框架結構二階改進塑性鉸分析第一章正文簡介在一位學者的論文中（Liew et al. 1993）已經(jīng)論述了對傳統(tǒng)的彈塑性鉸模型的改進，它描述了梁柱的非彈性性能并保證了對鋼框架高級分析有足夠的精確度。我們對彈塑性鉸分析方法的精確度專門進行了檢查，并且確定了它的應用范圍。當前的基本問題是基于Kanchanalai (1977) 和Zhou et al. (1990) 所闡述的有側移框架和獨立梁柱結構的塑性區(qū)分析方法的Kanchanalai的著作中有側移框架的例子描述了框架結構中一系列非常典型的梁柱特征。第二個目的是比較非彈性分析方法和LRFD彈性分析方法得出的有側移和無側移框架在強度極限狀態(tài)下的性能。因為Kanchanalai的塑性區(qū)分析方法是作為基準而應用于美國鋼結構協(xié)會的LRFD梁柱方程（Yura 1988；Liew et ）的發(fā)展中的，所以任何可以滿足這些基準的分析方法都可以被認為是滿足二維高級非彈性分析方法的要求的，從而不必驗算單獨的具體構件的承載能力。這條曲線是由二階分析得出的，圖1. 且的門式框架強度曲線的對比其中考慮了強軸的彎曲和殘余應力的影響（）。這是因為現(xiàn)在用于彈塑性鉸分析的截面強度曲線對于典型的相對于弱軸的大邊緣截面的彎曲是偏保守的，特別是當彎曲和軸力影響起主要作用時。當作用在框架上的軸力非常大時，把切線模量單獨應用于彈塑性鉸分析能夠對強度極限作出很好的估計。這是因為元件的非彈性彎曲剛度在柱子的切線模量和雙重表面剛度削減模型（Liew et al. 1993）中得到減小。圖4. 軸向受力端部鉸接柱強度曲線的對比圖4也把AISC LRFD柱強度曲線和使用了CRC、LRFD切線模量的非彈性屈曲分析得出的曲線，改進塑性鉸分析得出的曲線做了對比。如果非彈性屈曲分析用的是LRFD切線模量（LRFD－Et），得出的強度結果曲線和LRFD柱強度曲線將非常符合，而且誤差的保守系數(shù)也不會高于5%。這樣的情形下，CRC－Et模型顯得更為合適。從圖5我們可以看出，對于小于且小于的梁柱，彈塑性鉸分析在估計這些梁柱的極限強度的時候是具有足夠的精確度的。每個構件中的最大荷載都在LRFD影響方程中得到核實，以便加載更高一級的荷載直到達到極限荷載，在這個極限荷載點上，最危險構件的最大荷載滿足LRFD極限強度方程。假設所有構件的橫截面都是壓緊的，所有構件全部剛接以免發(fā)生平面外變形。梁被模擬為八個離散元件，把分布荷載作用近似為離散荷載作用。對于與基礎固支連接的框架（框架A），LRFD彈性分析/設計方法得出的極限強度與塑性區(qū)極限強度相比低了26％。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的【見圖7（a）和圖7（b）】。最終，梁的跨中截面形成一個塑性鉸，導致一個破壞機制的形成。圖9給出了標準六層框架的構造。這些極限荷載之間的最大差距不超過2％。彈塑性鉸分析得出的塑性鉸總共有24個，相比之下，改進塑性鉸分析得出的塑性鉸只有15個。這些安全儲備（當臨界構件達到其極限承載能力后，可以通過非彈性荷載重分布而得到）對于高階超靜定結構是非常重要的。然而，并不是一個大的整體結構中的所有構件都會在達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到局部的最大承載力。在分析中，將采用美國鋼結構協(xié)會的建筑容許偏差，目的是為了考慮構件傾斜對結構的荷載分布造成的影響。4. 用正截面強度LRFD曲線來估計平面內(nèi)強弱軸強度性能。改進塑性較模型比彈塑性鉸方法更能考慮到這些影響?！?單向彎曲的梁柱：和/或。● 雙向彎曲的獨立梁柱：誤差為0%—17%，當L/r介于20與100之間時（Liew 1992）。改進塑性鉸方法可以分析各種結構的強度和穩(wěn)定性能，從獨立構件和簡單的門式框架結構，到整個多層的結構。第二章參考文獻陳祿如 中國鋼結構的現(xiàn)狀和展望 《建筑鋼結構的進展》2001 李國強 薛偉辰 當代建筑工程的新結構體系 《建筑鋼結構的進展》2001 李世俊 徐寅 我國鋼鐵產(chǎn)品的發(fā)展對建筑鋼結構的促進 《建筑鋼結構進展》2002 姜學詩 鋼結構房屋結構設計中常見問題分析 《建筑結構》2003 [西德] F ? 哈特 W ? 海恩 H ? 桑塔格《鋼結構建筑資料集》中國建筑工業(yè)出版社