半刚性连接钢框架整体结构屈曲荷载计算模型

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1、第21卷第3期宁波大学学报（理工版）Vol.21No.32008年9月JOURNALOFNINGBOUNIVERSITY(NSEE)Sept.2008文章编号:1001-5132（2008）03-0374-06半刚性连接钢框架整体结构屈曲荷载计算模型王新堂，王健（宁波大学建筑工程与环境学院，浙江宁波315211）摘要：在综合考虑梁柱任意半刚性连接及弹性支撑特性的基础上，建立了单层多跨平面钢框架结构整体失稳的线弹性屈曲荷载的解析计算模型，并同时考虑了所有柱脚的半刚性特征，使模型的适用范围更为广泛.本模型中的半刚性连接特性通过在所有梁柱连接处设置

2、虚拟约束弹簧实现，弹性支撑则通过在柱顶引入具有任意刚度参数的水平弹簧实现.基于上述的基本模型，通过对所有构件建立失稳状态的控制方程并引入相应的连续性条件和边界条件，建立了平面单层任意多跨框架结构整体失稳的临界荷载解析计算方法，并研制了相应的计算程序.分析结果表明，半刚性连接特性和水平支撑效应对框架结构整体稳定性的影响极为显著，而且作用于多跨框架结构柱顶竖向荷载的分布特征对结构的整体稳定性有不可忽视的影响.另外，结构的支撑刚度及节点的半刚性连接特性对单层框架整体稳定性的影响具有明显的界限性和区间效应，对此需进一步开展深入研究.关键词：单层多跨框

3、架；整体结构屈曲；半刚性连接；计算模型+中图分类号：TU973.21文献标识码：A目前，在有关讨论半刚性连接平面框架受力性跨结构.文献[7]利用增量法对半刚性连接框架结能的文献中，如何确定整体结构的极限承载力是人构进行了非线性分析且同时考虑了几何非线性的们最为关注的课题之一.文献[1,2]着重分析了如影响，但对于如何确定屈曲荷载并未讨论.文献[8]何确定与梁柱连接特性有关的有效弹性约束，未考则着重讨论了半刚性连接框架柱等效屈曲长度的虑整体结构的稳定性计算及节点半刚性的影响.简化计算方法，与本文基于整体结构屈曲荷载分析文献[3,4]则分别建立了

4、半刚性连接平面框架和任的计算方法有很大的差异.为了进一步理解和分意半刚性连接空间结构弹性分析的计算模型，该模析任意半刚性连接钢框架的整体稳定性，本文建立型可通过调整半刚性连接参数使其退化为理想铰了单层任意多跨框架结构整体稳定计算的解析模接和完全刚性连接，使计算模型有一定的普遍适用型.针对模型中几何参数、连接特性和几何条件的性.文献[5,6]仅讨论了半刚性连接单跨平面钢框变化，利用所研制的程序进行了大量分析，并与文架的稳定计算模型的建立，而本文的研究对象为多献[7]结果进行了比较，二者相当吻合.通过算例分收稿日期：2007-12-18.宁波大学

5、学报（理工版）网址：http://3xb.nbu.edu.cn基金项目：浙江省科技计划项目（2008C3013）；宁波市自然科学基金（2007A610060）.第一作者：王新堂（1963－），男，陕西凤翔人，博士/教授，主要研究方向：钢结构.E-mail:wangxintang@nbu.edu.cn第3期王新堂，等：半刚性连接钢框架整体结构屈曲荷载计算模型375析与比较得到了一些有价值的结论.梁单元的控制微分方程为：''''wj=0(，=+nn2~21)+.(4)j1半刚性连接平面框架整体屈曲分这里的v为i柱的水平位移(向右为正，x坐标i析的

6、解析模型均以各柱的下端为原点)，w为j梁的竖向挠度(向j下为正，各梁的局部坐标x以各梁的左端为原点)，图1为本文所研究的具有n跨的半刚性连接和共计21n+个.分别求解上述2组方程(2)及(4)即可半刚性约束的平面框架结构，各单元(单个构件为1得到各梁柱单元的位移表达式.其中柱单元的水个单元)的截面惯性矩记为Ii(1=+~21n).其中，平位移通解为：i图1中的Pi(1=+~1n)为作用于各柱顶的集中荷vxAkxB()=++sincoskxCxD+，iiiiiiiiiii载，Si(1=+~1n)为柱脚与基础连接刚度的割线(1in=~1+).(5

7、)i值，SSi，为(1=~)n第n跨梁分别与左右柱连接梁单元的竖向挠度通解为：LiRi32点的半刚性连接刚度割线值，而任意节点(含各柱wAj=+++jjxBjjxCjjxDj，脚与基础的连接点)的半刚性连接数学模型可统一(2jn=++~2n1).(6)表示为：现针对上述2组位移解(共计21n+个)，分别M=Sθ，(1)引入各节点处的连续性条件、端点处的边界条件以jjj这里的M为节点j能够传递的弯矩，θ为交于连及各单元的内力与位移之间的关系(物理方程)，即jj接处的构件端截面的相对转角或柱脚相对于基础可得到1组以未知参数为系数的线性方程组，从而

8、的转角.上述模型中的水平弹簧用于模拟实际的可根据系数行列式为零的条件得到求解整体结构侧向支撑，而支撑刚度K可根据实际的支撑单元屈曲荷载的特征方程.其中对柱单元i，任