钢框架高级分析中的改进塑性铰法

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1、钢框架高级分析中的改进塑性铰法摘要：本文回顾了钢框架高级分析的几种方法和研究现状，重点介绍了改进塑性铰法对钢框架的分析和设计，并讨论了当前高级分析及改进塑性铰法存在的困难，为高级分析方法的进一步发展提供参考。关键词：塑性铰非线性分析高级分析钢框架设计方法1.简介钢结构高级分析[1-2]（亦称为整体分析[3]）是指通过精确的非线性分析，完善的考虑结构的二阶效应及其它非线性因素的影响，通过一次性分析，完成目前先进行内力分析再进行结构验算的两阶段设计所做的工作。高级分析方法同时考虑影响钢结构及其构件的极限状态强度和稳定的关键因素。由于非线性效应是在结构分析中直接考虑的，所以用高级

2、分析方法设计钢框架时，通常不需要进行当前设计规范条文中强制性的单个构件验算。这种综合性的设计和分析方法从本质上保证了对设计过程的简化，使工程设计人员能够了解要设计的结构在不同荷载水平下的行为和其破坏模式。澳大利亚首先在其1990年版本钢结构规范AS4100中允许将高级分析方法作为一种可选方法，以简化不发生局部屈曲和侧向屈曲的钢框架的设计[4]。欧洲标准EC3－1991也做了相应的规定[5]。30钢框架高级分析中的改进塑性铰法摘要：本文回顾了钢框架高级分析的几种方法和研究现状，重点介绍了改进塑性铰法对钢框架的分析和设计，并讨论了当前高级分析及改进塑性铰法存在的困难，为高级分析

3、方法的进一步发展提供参考。关键词：塑性铰非线性分析高级分析钢框架设计方法1.简介钢结构高级分析[1-2]（亦称为整体分析[3]）是指通过精确的非线性分析，完善的考虑结构的二阶效应及其它非线性因素的影响，通过一次性分析，完成目前先进行内力分析再进行结构验算的两阶段设计所做的工作。高级分析方法同时考虑影响钢结构及其构件的极限状态强度和稳定的关键因素。由于非线性效应是在结构分析中直接考虑的，所以用高级分析方法设计钢框架时，通常不需要进行当前设计规范条文中强制性的单个构件验算。这种综合性的设计和分析方法从本质上保证了对设计过程的简化，使工程设计人员能够了解要设计的结构在不同荷载水平

4、下的行为和其破坏模式。澳大利亚首先在其1990年版本钢结构规范AS4100中允许将高级分析方法作为一种可选方法，以简化不发生局部屈曲和侧向屈曲的钢框架的设计[4]。欧洲标准EC3－1991也做了相应的规定[5]。30钢框架高级分析中的改进塑性铰法摘要：本文回顾了钢框架高级分析的几种方法和研究现状，重点介绍了改进塑性铰法对钢框架的分析和设计，并讨论了当前高级分析及改进塑性铰法存在的困难，为高级分析方法的进一步发展提供参考。关键词：塑性铰非线性分析高级分析钢框架设计方法1.简介钢结构高级分析[1-2]（亦称为整体分析[3]）是指通过精确的非线性分析，完善的考虑结构的二阶效应及其

5、它非线性因素的影响，通过一次性分析，完成目前先进行内力分析再进行结构验算的两阶段设计所做的工作。高级分析方法同时考虑影响钢结构及其构件的极限状态强度和稳定的关键因素。由于非线性效应是在结构分析中直接考虑的，所以用高级分析方法设计钢框架时，通常不需要进行当前设计规范条文中强制性的单个构件验算。这种综合性的设计和分析方法从本质上保证了对设计过程的简化，使工程设计人员能够了解要设计的结构在不同荷载水平下的行为和其破坏模式。澳大利亚首先在其1990年版本钢结构规范AS4100中允许将高级分析方法作为一种可选方法，以简化不发生局部屈曲和侧向屈曲的钢框架的设计[4]。欧洲标准EC3－1

6、991也做了相应的规定[5]。30空间钢框架的二阶非线性分析有多种方法30[6,3,7-8]，这些方法大致可以分为：（1）塑性区法(plasticzonemethod)[9,28-29,31]。塑性区高级分析方法将构件截面划分成若干有限面积分区，截面的切线刚度就由这些面积分区的弹性特性形成，截面的抗力和弯矩也由分区面积的抗力效应累加形成，利用牛顿－拉普森系列迭代法使不平衡的内力和外力重分配。文献[10]介绍了塑性区法求解钢框架极限荷载的过程。很多学者认为塑性区法是精确的。但是由于划分的单元数量特别多，造成结构的整体刚度矩阵十分庞大，在计算机计算分析过程中会导致较大的截断误差

7、，迭代过程中更容易发散，耗时较长。目前许多大型非线性分析软件采用了塑性区法，或者包括塑性区法的多种混合方法。这些软件包括ABAQUS、ANSYS、MARC等通用的商业软件。随着个人计算机性能的快速提高，用这种方法进行大型结构的分析和辅助设计是可能的。（2）准塑性铰法(quasiplastichingemethod)[11]。准塑性铰法是介于塑性区法和塑性铰法之间的混合方法，该方法利用柔性系数考虑塑性的扩展，使用简化的残余应力模式，全截面塑性用塑性区法标定。该方法很难进一步发展用于空间结构分析。（3）塑性铰法(pla