鋼框架高等分析研究及面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計.pdf

1、傳統(tǒng)的設(shè)計方法分為兩個階段，通過一階線彈性理論分析計算結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的內(nèi)力，即結(jié)構(gòu)分析；然后再將結(jié)構(gòu)分析求得的內(nèi)力用極限狀態(tài)理論的相關(guān)方程進(jìn)行逐個桿件的截面驗算，即構(gòu)件設(shè)計。這種設(shè)計方法有很大的缺陷：結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析模式與構(gòu)件承載力計算模式不一致，不能對結(jié)構(gòu)進(jìn)行完全的整體分析，而必須采用規(guī)范中的計算公式對單構(gòu)件進(jìn)行強度和穩(wěn)定驗算。而高等分析是一種新的分析方法，它通過精確的一次非線性分析，完善的考慮結(jié)構(gòu)的二階效應(yīng)及其他因素的影響，完成目

2、前兩階段設(shè)計所作的工作。由于它分析時能充分描述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及構(gòu)件的強度和穩(wěn)定性，直接考慮結(jié)構(gòu)的幾何、材料非線性性能，從而避免對構(gòu)件承載力進(jìn)行逐個的安全驗算，使設(shè)計更加合理，也大大簡化了設(shè)計過程。
　　 本課題對高等分析理論的塑性鉸法進(jìn)行了比較全面的分析，分別研究了基于有限元法的集中塑性鉸模型和基于梁柱法的精細(xì)塑性鉸模型，對幾何非線性、剪切變形、翹曲、初始缺陷和節(jié)點半剛性都進(jìn)行了研究。最后根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷?，采用C++語言編制了面向?qū)?/p>

3、象的空間鋼框架高等分析程序ADANS，為該理論在工程中的應(yīng)用提供實現(xiàn)途徑。從理論分析到程序?qū)崿F(xiàn)，本文立足三維空間結(jié)構(gòu)，主要做了如下工作：
　　 根據(jù)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的有限變形理論，從更新Lagrange構(gòu)形的虛位移原理出發(fā)，得到了空間梁柱單元的虛功增量平衡方程；以三次插值函數(shù)為形函數(shù)，考慮剪切變形、翹曲變形、雙向彎曲、扭轉(zhuǎn)、軸向變形以及耦合項的影響，推導(dǎo)了三維空間薄壁梁柱單元的切線剛度矩陣，在塑性鉸處理上根據(jù)Prandtl-Reus

4、s理論和Drucket公式，推導(dǎo)了單元桿端出現(xiàn)塑性鉸時單元的彈塑性剛度矩陣。
　　 分別對考慮初始缺陷和不考慮初始缺陷的空間梁柱單元進(jìn)行了研究，推導(dǎo)了兩種情況下考慮剪切變形影響的幾何非線性空間梁柱單元剛度矩陣。對于不考慮初始缺陷的空間梁柱單元，又著重研究了殘余應(yīng)力，彎曲引起的漸進(jìn)屈服，彎扭耦合的影響，推導(dǎo)了單元的彈塑性剛度矩陣。
　　 對柱弱軸頂?shù)捉卿摪雱傂赃B接節(jié)點進(jìn)行了試驗研究，還提出了一種新的柱弱軸半剛性連接節(jié)點形式

5、，研究了該節(jié)點連接的性能，井與柱強軸半剛性連接進(jìn)行了對比。
　　 采用單元端部附加連接彈簧的方法研究了半剛性框架的非線性性能；并對端部為鉸接，剛接，半剛性的各種連接情況進(jìn)行了討論。
　　 根據(jù)面向?qū)ο蟮木幊趟枷耄瑢⒂邢迒卧芯坑蚍譃椋汗?jié)點類( Cnode)、節(jié)點管理類(CNodeMng)、單元類(CBaseElemnt)、截面特性類(CBaseElePro)、材料類( CBaseMaterial)、荷載類(Cload)、

6、荷載組類(CLoadGroup)以及總體結(jié)構(gòu)類(CGlobalElement)，并派生了基于節(jié)點類、單元類、材料類、截面特性類的派生類，算法中引入牛頓一拉夫遜迭代法和廣義位移法，并對空間幾何非線性的大轉(zhuǎn)動，恢復(fù)力的求解，初始坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以及收斂準(zhǔn)則等問題進(jìn)行了探討。結(jié)合本文研究的空間鋼結(jié)構(gòu)高等分析理論，編制了面向?qū)ο蟮目臻g鋼框架高等分析程序ADANS。使用本文程序?qū)σ恍┯写硇缘匿摽蚣芙Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。實踐證明本文單元具有良好的精度，每個構(gòu)件