半刚性钢框架稳定性分析及承载性能研究

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目前在我国现行的钢结构设计规范中,明确指出在钢结构设计时贯彻执行国家的技术经济政策,做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。然而在钢框架的传统分析和设计中,时常将梁柱连接假定成完全刚接或理想铰接。虽然理想化的假设可以简化分析和设计的过程,但是实际工程中运用的全部连接均是处于完全刚接和理想铰接两者之间,所以这样假定必定会造成一定的误差,甚至是错误的结果。因此,为了能够准确合理地分析钢框架的实际工作性能,应在钢框架的分析和设计中考虑几何非线性及节点半刚性的影响。本文在广泛了解半刚性节点及半刚性钢框架分析方面,国内外已有实验、理论、数值研究工作的基础上,对半刚性钢框架的整体稳定性及承载性能进行了相关的理论和数值分析研究,得出了一些实用性的结论,以期对半刚性钢框架的理论分析和工程设计起指导和借鉴作用。本文具体完成的工作如下:首先,总结了国内外半刚性钢框架的发展历史和研究现状,概括了半刚性连接的基本理论及半刚性钢框架的非线性分析理论,研究了考虑连接半刚性梁单元及考虑几何非线性柱单元的刚度矩阵。其次,本文通过引入半刚接梁单元刚度矩阵和柱单元几何刚度矩阵,集成了包含连接柔性和构件几何非线性的整体刚度矩阵,通过采用有限单元法推导出了单层半刚性钢框架屈曲荷载的一元二次代数方程和多层半刚性钢框架的稳定特征方程,并应用MATLAB语言编制程序用以计算半刚性钢框架整体失稳的屈曲荷载,得到了半刚性钢框架的屈曲荷载。并将计算结果与采用柱的有效计算长度系数法解得的精确解进行了对比分析。研究结果表明:本文所推导的有限单元法与柱的有效长度系数法所得计算结果基本一致。再次,本文对半刚性钢框架承载性能进行了研究,应用矩阵位移法推导出了梁柱刚度比对半刚性钢框架内力和位移影响的计算公式,采用MATLAB语言编制程序进行了相关的计算,解出了半刚性钢框架的内力和位移。并将计算结果与相应的完全刚接钢框架进行了比较分析,得出了一些供工程设计参考的结论。最后,对半刚性钢框架的今后进一步研究工作提出了一些展望。
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