【正文】 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 500102002)。 《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS 102:98)。 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 500112001)。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。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。總之，LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)是偏保守的。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(zhǎng)度系數(shù)就無(wú)法表達(dá)一個(gè)框架的工作性能了。因此，它可以被稱為一種高級(jí)的分析方法。對(duì)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%。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)。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(chǔ)備能力很小的結(jié)構(gòu)時(shí)，效果很差?！?軸心受力柱：最大誤差為23%，當(dāng)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)。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)。● 在所有的情況下，要求構(gòu)件中的軸力不大于。● 雙向彎曲的梁柱：和/或。對(duì)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%。1. 對(duì)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(huì)給出足夠可靠的結(jié)果。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。另外，改進(jìn)塑性鉸分析可以采用合適的切線模量公式來(lái)估計(jì)各種類型柱子的軸向承載力。因?yàn)檫@些因素，大多數(shù)鋼框架中會(huì)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)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能會(huì)留有大于三分之一屈服強(qiáng)度的局部殘余應(yīng)力。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(duì)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(lái)有利的影響。我們會(huì)采用抵抗系數(shù)來(lái)減少塑性強(qiáng)度表面來(lái)滿足LRFD。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。當(dāng)L/r100時(shí)，就要求對(duì)幾何偏心做出明確的模擬。2. 用LRFD柱子的切線模量來(lái)考慮殘余應(yīng)力和構(gòu)件初始偏心對(duì)構(gòu)件穩(wěn)定的影響。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。1. 分析中柱初始偏心要特別指定。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)。對(duì)于這些例子，用二階彈塑性鉸分析方法對(duì)整體結(jié)構(gòu)和局部構(gòu)件強(qiáng)度的直接估計(jì)會(huì)導(dǎo)致所得的結(jié)果偏于非保守。因此，關(guān)于局部影響的錯(cuò)誤估計(jì)對(duì)整體強(qiáng)度和穩(wěn)定的影響是微乎其微的，特別是對(duì)高次超靜定結(jié)構(gòu)。如果構(gòu)件中二階影響非常大，對(duì)局部荷載分布和變形的錯(cuò)誤估計(jì)會(huì)對(duì)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的估計(jì)造成影響。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。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。設(shè)計(jì)推論對(duì)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。可以看出一些低樓層的梁和框架中所有的柱子都還有安全儲(chǔ)備，而這些安全儲(chǔ)備沒有在評(píng)價(jià)整個(gè)系統(tǒng)強(qiáng)度時(shí)利用起來(lái)?？蚣苓_(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。LRFD彈性分析方法我們也嘗試用LRFD彈性分析方法來(lái)計(jì)算Vogel框架的極限承載能力。而在改進(jìn)塑性鉸分析中。所有的非彈性分析預(yù)測(cè)的荷載的分布都是相當(dāng)接近的。力分布與塑性鉸形成圖10和11對(duì)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。這些結(jié)果為早期的研究（King et al. 1991；White et al. 1991。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。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。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?？蚣苤械乃袠?gòu)件都由熱軋零件組成的。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(duì)Vogel的結(jié)果是個(gè)極大的補(bǔ)充。塑性區(qū)分析的結(jié)果被用來(lái)作為比較的基準(zhǔn)。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。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。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。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。另外，LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)方法估計(jì)的簡(jiǎn)支框架的承載力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固支框架。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)。二階塑性區(qū)分析顯示受系數(shù)β=（Chen et al. 1990）。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。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。對(duì)于框架B，強(qiáng)度估計(jì)的誤差大概為17％，偏保守。LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)方法總體上是偏保守的。這是因?yàn)檫@些框架的破壞荷載是和梁的塑性破壞機(jī)制相關(guān)的。圖6給出了柱系數(shù)k的值。柱子被離散為四個(gè)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。在應(yīng)用塑性鉸分析時(shí)，所有的荷載都是按比例分配的。假設(shè)梁沒有初始變形。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?xì)堄鄳?yīng)力，其最大壓應(yīng)力值出現(xiàn)在邊緣端部，大小為。這些框架是受不同類型的荷載，β為作用在梁上的荷載與作用在整個(gè)框架上的荷載的比值。這些框架中的梁和柱在其繞強(qiáng)軸彎曲方向上是剛性連接的。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(qiáng)度曲線與實(shí)際強(qiáng)度曲線的對(duì)比● 改進(jìn)塑性分析中，初始缺陷也得到了精確的模擬。初始幾何缺陷，就像彈性區(qū)分析方法中假設(shè)的一樣，在這個(gè)分析中也得到了精確的模擬。與非彈性方法相比?！?LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)方法——一種用于確定構(gòu)件最大強(qiáng)度的直接的二階彈性分析方法。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(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)改進(jìn)塑性鉸和彈塑性鉸方法在估測(cè)超靜定框架在極限狀態(tài)下性能的能力。另外對(duì)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。不同的是，彈塑性鉸總是以高于5％的誤差過高地估計(jì)了梁柱的承載能力。改進(jìn)塑性鉸模型是基于CRC柱切線模量的使用的，因?yàn)闃?gòu)件的初始變形在分析中已經(jīng)得到了精確的模擬。圖5給出了塑性區(qū)強(qiáng)度曲線，并把它與彈塑性鉸和改進(jìn)彈塑性鉸方法作了比較。獨(dú)立梁柱結(jié)構(gòu)Zhou et al.（1990）研究的獨(dú)立梁柱結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為我們現(xiàn)在的研究對(duì)象，其目的是評(píng)估彈塑性鉸和改進(jìn)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(jié)構(gòu)問題時(shí)的性能。我們有必要強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)的彈塑性鉸分析方法對(duì)柱強(qiáng)度高估，％。然而，對(duì)于的柱子，為了合適地評(píng)估柱的強(qiáng)度，需要對(duì)構(gòu)件的初始缺陷作出精確的模擬。改進(jìn)塑性鉸分析對(duì)的柱子的一元分析的保險(xiǎn)度不超過5%。同樣在LRFD的規(guī)定中，對(duì)于鋼框架結(jié)構(gòu)的分析也不要求對(duì)幾何缺陷作精確的模擬。強(qiáng)度估計(jì)的誤差也從5%增大到14%。這些結(jié)構(gòu)顯示，對(duì)于的柱子來(lái)說，解決方案對(duì)幾何缺陷的敏感度不是很大。這個(gè)最大誤差是與一定的長(zhǎng)細(xì)比的柱子相聯(lián)系的，在這個(gè)長(zhǎng)細(xì)比下，殘余應(yīng)力和構(gòu)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。我們可以看到，兩個(gè)切線模量非彈性屈曲分析方法都過高估計(jì)了含于AISC LRFD柱方程（Load 1986）的柱承載能力。在同樣的圖中，通過量測(cè)當(dāng)單位切線剛度矩陣的行列式為零時(shí)的荷載水平而得到改進(jìn)塑性鉸分析的柱的承載能力。這就可以得出結(jié)論，改進(jìn)塑性鉸模型所應(yīng)用的雙重剛度降低方案對(duì)于純軸心受力柱的強(qiáng)度估計(jì)的影響是微乎其微的。我們把改進(jìn)塑性鉸分析得出的非彈性柱的強(qiáng)度曲線和AISC LRFD柱強(qiáng)度曲線做了對(duì)比。我們假設(shè)一個(gè)尺寸為831的柱截面繞強(qiáng)軸彎曲，并且還對(duì)柱的初始變形（最大的撓曲發(fā)生在柱子長(zhǎng)度的中部，大小為L(zhǎng)/1500）做了明確的模擬。然而，這些方面看起來(lái)對(duì)軸心受力柱子的強(qiáng)度估計(jì)影響很小。圖2. 且的門式框架強(qiáng)度曲線的對(duì)比軸心受力柱有人會(huì)說與切線模量理論應(yīng)用于純軸心受力實(shí)例的剛度相比，構(gòu)件的非彈性彎曲剛度會(huì)被改進(jìn)塑性鉸模型所低估。對(duì)于這些例子，切線模量和二階改進(jìn)彈塑性鉸分析的應(yīng)用并不會(huì)改進(jìn)強(qiáng)度估計(jì)，因?yàn)楫?dāng)P。因此，把切線模量單獨(dú)應(yīng)用于彈塑性鉸分析中對(duì)于表達(dá)構(gòu)件的剛度退化是不夠的，特別是當(dāng)構(gòu)件中的彎距并不是很小時(shí)。然而，在中等量的軸力作用下，此模型對(duì)強(qiáng)度的估計(jì)就有些偏高了。在這個(gè)例子中，如果用彈塑性鉸模型分析弱軸強(qiáng)度，其最大誤差將達(dá)到30％，而如果用改進(jìn)塑性鉸模型，其誤差不超過1％。改進(jìn)塑性鉸分析方法對(duì)于圖1－3中的強(qiáng)弱軸例子，在一系列的彎矩軸力比下，與塑性區(qū)結(jié)果相比較，其保守系數(shù)不會(huì)超過4％。然而，對(duì)于圖1－3中的框架來(lái)說，在塑性鉸分析中，在一系列彎矩軸力比下強(qiáng)軸和弱軸強(qiáng)度都被估計(jì)的過高。Liew（1992）的研究說明對(duì)于那些矮胖型和非常柔的框架來(lái)說，在各種軸力彎矩比下，其彈塑性鉸分析方法的結(jié)果和強(qiáng)軸塑性區(qū)分析法的結(jié)果是相差無(wú)幾的。這體現(xiàn)在圖1的框架例子中。在這些例子中，建立在彈塑性鉸分析基礎(chǔ)上的對(duì)弱軸強(qiáng)度估計(jì)的最大誤差高達(dá)10％到30％。對(duì)于圖3中的斜柱框架，強(qiáng)軸強(qiáng)度也估計(jì)的過高，最大誤差達(dá)20％。彈塑性鉸分析方法的精確度彈塑性分析方法經(jīng)常把框架的最大承載能力估計(jì)的過高。另外，圖1－3中給出了一條表示梁柱構(gòu)件初始彎曲作用的曲線。比較各種方法，改進(jìn)塑性鉸分析方法用的是只考慮初始應(yīng)力影響的切線模量。因?yàn)槠浣Y(jié)果是用無(wú)量綱的形式表示的，而且用于強(qiáng)軸和弱軸截面強(qiáng)度分析的是同一種塑性強(qiáng)度曲線（例如用于零長(zhǎng)度構(gòu)件的LRFD梁柱影響方程），所以建立在鉸分析基礎(chǔ)上的弱軸曲線和強(qiáng)軸強(qiáng)度曲線是非常相似的。圖中同時(shí)給出了強(qiáng)軸和弱軸的用于塑性區(qū)分析方法的強(qiáng)度曲線。有側(cè)移框架圖1－3把二階彈塑性鉸和改進(jìn)塑性鉸分析方法得出的非平面強(qiáng)度曲線和Kanchanalai（1977）的塑性區(qū)結(jié)果做了比較。本文所引用的例子是Liew（1992）研究的構(gòu)件和框架問題的一部分。并且還論述了這些方法在鋼框架結(jié)構(gòu)高級(jí)分析中的應(yīng)用，提出了設(shè)計(jì)的建議。這些比較為非彈性分析方法在平面框架極限狀態(tài)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供了支持和依據(jù)。這些研究的主要目的是確定可以用于設(shè)計(jì)的塑性鉸分析方法的可靠度和精確度。對(duì)這些框架的評(píng)價(jià)是基于荷載－承載力設(shè)計(jì)的彈性分析方法塑性鉸分析方法的。也就是說，分析模型可以以足夠的精確度來(lái)表達(dá)梁柱的強(qiáng)度從而單獨(dú)的具體構(gòu)件的承載力驗(yàn)算就不需要了。Zhou的著作中獨(dú)立梁柱結(jié)構(gòu)的研究也提出了另外的基本點(diǎn)，但構(gòu)件的二階影響會(huì)比較大。這篇論文詳細(xì)地評(píng)估了用來(lái)模擬梁柱和框架平面內(nèi)強(qiáng)度性能的彈塑性鉸和改進(jìn)的塑性鉸分析方法。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 塑性鉸 彈塑性分析重型工業(yè)廠房框架結(jié)構(gòu)二階改進(jìn)塑性鉸分析第一章正文簡(jiǎn)介在一位學(xué)者的論文中（Liew et al. 1993）已經(jīng)論述了對(duì)傳統(tǒng)的彈塑性鉸模型的改進(jìn)，它描述了梁柱的非彈性性能并保證了對(duì)鋼框架高級(jí)分析有足夠的精確度。同時(shí)，把它的結(jié)果與彈塑性分析結(jié)果和塑性區(qū)分析結(jié)果的作出對(duì)比，從而評(píng)價(jià)了這個(gè)分析模型的性能。我們還推薦一種叫做改進(jìn)塑性鉸分析的方法，并對(duì)它的設(shè)計(jì)原理做了分析。鄭州大學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目： 重型工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 入 學(xué) 年 月__2006年10月__ 姓 名___ _____ 學(xué) 號(hào)__ __專 業(yè)____土木工程____學(xué) 習(xí) 中 心__今明學(xué)習(xí)中心__指 導(dǎo) 教 師____ __________完成時(shí)間 2008__年__9__月__20__日目 錄摘 要 3第一章正文 4簡(jiǎn)介 4有側(cè)移框架 5彈塑性鉸分析方法的精確度 6改進(jìn)塑性鉸分析方法 7軸心受力柱 8獨(dú)立梁柱結(jié)構(gòu) 11具體例子的分析 12剛性框架 13極限承載能力 14荷載分布與估計(jì)的破壞模型 16荷載作用點(diǎn)軌跡 18Vogel的六層框架 18荷載－位移曲線 18力分布與塑性鉸形成 19設(shè)計(jì)推論 20設(shè)計(jì)建議 22第二章參考文獻(xiàn) 26附 錄 28Ⅰ計(jì)算書 28一. 荷載 28二. pkpm內(nèi)力計(jì)算結(jié)果 28 132四. 墻梁計(jì)算 136 142 148七．屋面橫向支撐計(jì)算 158八．柱間支撐計(jì)算 158九. 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 160Ⅱ圖 紙 161致 謝 172重型工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘 要本文討論的是與二維鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)分析方法相關(guān)的若干使用問題。我們對(duì)彈塑性鉸分析方法的精確度專門進(jìn)行了檢查，并且確定了它的應(yīng)用范圍。我們做了一些個(gè)案分析，目的是為了闡述改進(jìn)塑性鉸方法在預(yù)測(cè)獨(dú)立構(gòu)件強(qiáng)度和局部穩(wěn)定以及整體結(jié)