钢结构框架柱极限承载力验算方法研究

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1、⑨申请同济大学工学博士学位论文钢结构框架柱极限承载力验算方法研究培养单位：一级学科：二级学科：研究生：指导教师：土木工程学院土木工程结构工程侯和涛李国强教授二oo五年五月V4785Sq‘摘要随着多高层建筑钢结构的迅速发展，人们对钢结构设计理论的需求也越来越精确，为便于工程师进行设计，应运产生了许多规范和标准。通过对四种钢结构设计规范(中国、美国、欧洲和香港地区)eo框架柱设计原理的详细比较和实例验证，发现我国现行钢结构设计规范仍存在一定的问题，尤其是框架柱的极限承载力验算方法仍需要深化研究，为此本文主要开展了以下的工作：1建立具有端部弹簧的理想挺直柱弹性理论模型，根据微分平衡方程和柱端

2、边界条件，推导了框架柱一、二阶弹性位移和内力的计算公式；分析发现二阶效应与柱端约束条件、轴压力和长细比等有关。2本文综合考虑柱端的约束刚度影响，提出多参数的框架柱计算长度实用公式，只需手算即可求出部分支撑刚度柱的计算长度，且计算结果与理论值吻合较好。3在钢框架二阶弹性分析中，由于结构整体初始几何缺陷和构件的初始几何缺陷是实际存在的，其影响不可忽略；因此在由单根柱和粱组成的平面子结构二阶弹性理论模型中，引入了以上两种几何缺陷，并求解微分平衡方程得出了框架柱的位移与内力的计算公式；分析表明钢框架结构整体和构件初始几何缺陷可以等效为作用于柱顶与竖向荷载有关的假想水平力。4针对我国现行规范中结

3、构内力计算方法与框架柱计算长度法的不足，为简化设计和提高精度，基于规范方法提出了结构内力计算和框架柱平面内稳定设计的建议方法。结构内力仅需对竖向荷载和水平荷载作用下的钢框架分别进行一阶弹性分析，就可得出二阶弹性内力，分析中同时考虑结构整体几何缺陷和构件几何缺陷；通过以上改进，稳定设计时无需计算框架柱的计算长度KL，而直接取框架柱的几何长度L(K=1)。5考虑各种影响因素，对单层和三层钢框架进行极限承载力分析，以验证框架柱平面内稳定设计的规范方法和建议方法的有效性和精度；研究结果表明，本文提出的用于框架柱平面内稳定设计的建议方法是合理可行的。关键词：框架柱，柱端约束，二阶效应，几何缺陷，

4、极限承载力，稳定设计，建议方法，计算长度。AbstractWiththerapiddevelopmentofmulti·andtallsteelframebuildings，thedesigntheoryofsteelfamesisnowrequiredtobeconsideredmuchrigorously．Incurrentengineeringpractice，structuralengineersdesignthesteelframesusingthevariousdesigncodesorstandards．Thispaperpresentadetailedcompariso

5、noftheapproachesfordesignofbeam—columnsinsteelframeworksspecifiedinthepresentChinese，American，EuropeanandHongkonglimitstatesdesignstandards，andthispaperconcentratesOilseveralelucidatoryexamplesthathighlightnumerouslimitationsinChinesedesigncodesforsteelframes，especiallyinthedesignofbeam—columnsf

6、orthelimitstatestrengths．Aimingatthedeficiencyofthecurrentsteelstructuresdesigncode，someresearchworksarecarriedoutinthispaper．1Theelasticmodelofasinglecolmnnwitllendrotationalrestraintsandlateralrestraintisestablished．Thefirst—orderandsecond-orderlateraldisplacementsandinternalforcesofthesinglec

7、olumnmodelcanbedeterminedbysolvingthedifferentialequilibriumequationusingtheboundaryconditionsofthecolumn．Thesecond—ordereffectsarerelatedwithendrestraintsofcolumn，axialload，andslenderness．2Becausetherealenoequationstodeterm