支撑框架弹性稳定分析的有限元方法

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1、第四卷第2期青海大学学报(自然科学版)Vol.19No.22001年4月JournalofQinghaiUniversityApr2001双层单跨支撑框架弹性稳定分析的有限元方法陈红英(青海大学建工系.青海西宁81(016)摘要用有限元方法对双层单跨支律框架进行详性整体稳定分析，得到了从无支律框架过渡到完全支撑框架时相应的柱计算长度系数;非完全支撑框架和完全支撑框架间存在一个门槛刚度，该刚度值可作为框架有侧移和无侧移的区分标准。关键词稳定性支撑框架中图分类号:TU393文献标识码:AElasticStabilityStudyofFramesBraced

2、byVerticalBeamwithFiniteElementMethodChenHongying(CivilEngineeringUeliamnentofQinghaiUniversity,Yining810016)AbstractTheelasticstabilityofsteelframewithbending一typesystemisstudiedinthispaper.Byuse叮thefiniteelementmcth

3、esandpartiall》一bracedframesair,obtained.7bethresholdstiffnessofdiebracingmaybeusedasacriteriatojudgetheswayandnon一swayframesinstabilitycalculation.Keywordsstability,braced,frame我国现行的《钢结构设计规范》LI、中将框架按框架中所设支撑相对刚度的大小分为两类。当Sb/SI,5时为无侧移框架，当S'/S'<5时为有侧移框架。其中，场.为有支撑框架中支撑的侧向刚度,S，为去掉支撑后原

4、框架的侧向刚度。然而，实际工程中存在这样一些框架结构，其内虽设有支撑体系，但支撑体系的刚度还不能达到无侧移框架的要求，这一类框架按规范规定将按有侧移框架确定框架柱的计算长度{这种分类方法没有考虑框架结构客观存在的一定抗侧刚度，忽略了支撑对框架结构侧向稳定性的有利作用，使按规范得到的柱子的计算长度偏于安全，不利于材料强度的充分发挥。因此考虑实际情况，对于设置了支撑的框架结构，在结构设计中考虑支撑的有利作用，把框架按支撑刚度的大小分为连续的三大类:无支撑框架(纯框架)、非完全支撑框架(弱支撑框架)和完全支撑框架(无侧移框架)。其中，无支撑框架和完全支撑框架

5、分别是非完全支撑框架的两种极端情形。当支撑刚度达到一定程度时，非完全支撑框架的稳定性将有可能接近于完全支撑框架，从而在支撑刚度不为无穷大时，就有足够的精度保证框架柱可直接引用无侧移计算长度系数进行计算，我们将这种支撑刚度较大的框架称为完全支撑框架。根据这一分类，对应于不同的相对支撑刚度值，确定出相应的框架柱计算长度系数，就可以对目前设计规范确定框架柱计算长度时存在的框架分类缺陷进行修正。本文对设有弯曲型支撑的双层单跨框架用有限元方法进行弹性整体稳定分析。1分析模型对于设有弯曲型支撑的双层单跨框架结构，其支撑形式可假设为一悬臂钢柱，并用刚性连杆将其与收稿

6、日期200)一10一1作者简介:陈红英(1966-)，女，青海乐都人、硕士，讲师万方数据第2期陈红英:双层单跨支撑框架弹性稳定分析的有限元方法框架相连。如图1所示，即将有支撑框架分为框架与支撑体系两个部分，二者之间用刚性连杆饺接连接。考虑到有限元法计算过程中计算数据的稳定性，将计算模型进一步简化为如图2所示，即框架与支撑体系之间)111饺直接相连，并假定框架与支撑二者的连接结点处框架结点与支撑结点在水平方向上具有相同的结点线位移，但支撑体系的结点在垂直方向上的结点线位移与结点转角不受框架结点的约束。同时，为了便于分析，对框架结构做如下假定:图I弯曲IV

7、支节框架计算校助图2简化后的计ITWOI)组成框架的各柱和梁都是等截面直杆且材料是线弹性的2)失稳时同一层柱同时屈曲。3)没有水平外力作用，集中荷载均沿柱的轴线作用。4)轴向力是由弹性分析确定的;构件或结构在由直变弯的过程中，轴向力大小保持不变c5)按比例加载，各柱的轴线压力间均存在一定的比值a。，因此求解出某柱的屈曲荷载P=后，其他柱的临界荷载为a,P=o6)不计刚架屈曲时横梁中的轴向力。7)构件或结构的变形是微小的。2分析过程在杆系结构弹性稳定的有限元分析中，最为精确的是运用精确的位移函数进行计算[31。然而，在由精确的位移函数形成的柱单元刚度矩阵

8、中，各非零元素表现为轴力的非线性函数，这对于柱单元较多的框架结构，往往导致过大的计算量，为此，