浅论纯框架和支撑框架弹塑性稳定分析

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1、浙江大学博士学位论文纯框架和支撑框架弹塑性稳定分析姓名：邢国然申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：童根树20070401浙江大学申请博士学位论文2007纯框架和支撑框架弹塑性稳定分析摘要钢框架是一种基本结构体系，若增设支撑便成为支撑框架。现行框架稳定设计为两步设计法，第一步进行结构整体一阶或二阶弹性分析，确定构件最不利内力；第二步采用相关公式验算构件承载力。结构与构件之间相互作用以及缺陷影响，通过计算长度系数或假想荷载来考虑。随着计算机技术和有限元理论的发展，出现了基于结构承载力水平的二阶弹塑性高等分析法。该法能准确预测

2、结构极限荷载和破坏模式，摒弃了构件承载力计算的繁琐步骤。传统设计方法简单高效，但不能考虑结构塑性内力重分布，低估了结构承载力；高等分析法计算量大、叠加原理不适用，目前阶段难以成为基本设计工具。为平衡设计效率和计算精度，本文利用层模型对框架弹塑性稳定进行了深入的研究，提出了基于整层失稳的纯框架极限承载力计算方法。对于支撑框架，重点研究了考虑水平力影响的框架失稳模式判定准则。根据框架整层有侧移失稳现象和轴力负刚度概念，得到了层弹性有侧移失稳的临界荷载公式。参照规范柱子强度益线，通过引入层长细比，提出了轴压框架弹塑性失稳承载力计算公

3、式。它可直接考虑柱间支援作用、纯框架无侧移失稳以及有侧移失稳与无侧移失稳模态相关作用。利用二阶弹塑性法分析了不同截面形式、荷载分布和梁柱连接及柱底约束的轴压框架极限承载力，结果表明层稳定系数公式具有较高精度。介绍了假想荷载法的基本原理和取值水平，总结了假想荷载法与计算长度系数法的主要区别，比较了假想荷载法、改进计算长度系数法和层稳定系数法。指出假想荷载法计算框架稳定性的可靠度水平很不均衡，不能正确地考虑极限状态下柱问相互作用；而改进计算长度系数法也不够精确。推导了承受水平荷载和梁间荷载的理想单层侧倾刚架二阶弹塑性解析式，分析了

4、刚架梁局部机构、侧移机构和组合机构的形成条件。利用梁柱截面以及荷载组合不同的刚架算例，比较了一阶刚塑性、解析法、M．R经验公式和相关公式的计算精度。一阶刚塑性和解析法偏不安全，M．R经验公式或偏高或偏低，而相关公式则过于保守。浙江大学申请博士学位论文2007研究了层梁破坏和柱失稳的典型楼层破坏模式；提出了基于层承载力水平的梁破坏、层有侧移和单柱无侧移失稳相关公式，并以各种破坏模式的下限包络作为结构极限承载力：给出了广义竖向荷载和水平荷载直接相关公式。算例证明层模型法公式的计算精度高于规范公式，计算效率高于二阶弹塑性分析法。水平

5、力消耗了支撑的部分承载力，使支撑提前屈服、刚度下降，从而削弱了支撑对框架稳定性的支持作用。如何考虑水平力对支撑框架失稳模式的影响，长期以来鲜有研究。本文利用柱顶作用水平荷载的层框架模型，讨论了水平荷载对剪切型支撑框架弹塑性失稳模式的影响，得到了弹塑性支撑框架的临界支撑刚度和面积公式。指出支撑框架承受水平力和竖向力共同作用时，支撑截面由承受水平力的支撑面积和保证竖向力作用下框架稳定性的支撑面积两部分线性叠加构成。并在此基础上，提出了水平荷载作用下支撑框架失稳模式的判定准则和弱支撑框架的稳定性计算方法。基于层模型得到的纯框架和支撑

6、框架系列公式均与有限元分析结果吻合较好，简单实用、概念明确、偏于安全。关键词：纯框架；支撑框架：侧倾刚架；层模型；计算长度系数法；假想荷载法；层稳定系数法：高等分析法；极限承载力；有侧移失稳；无侧移失稳；破坏模式：临界支撑刚度．II．浙江大学申请博士学位论文2007Elastic-plasticBucklingAnalysisofPureFramesandBracedFramesAsanessentialsystem，steelframesalewidelyusedinengineeringpractices．Accordin

7、gtothelateralresistanceelements，framedstructurescallbedividedintotwocategories，pureandbracedf／ames．Pureflamesresisthorizontalandverticalloadsthroughmemberbendingdeformation．However'bracedframesaredual-systemswhichcanensurestabilitybybracingsandframes．Thepresentmembe

8、r-basedframestabilitydesignmethodsincludetwoprimarysteps．Firstlyperformsafirst-orderorsecondelasticanalysistodeterminethemostadversestruct