半剛性空間鋼框架的彈塑性分析.pdf

1、鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、強(qiáng)度高、延性和抗震性能好、綠色環(huán)保、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，深受國內(nèi)外建筑師和結(jié)構(gòu)工程師的青睞。鋼結(jié)構(gòu)框架體系不僅可用于多、高層民用建筑，還可用于單、多層工業(yè)廠房。隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力地進(jìn)一步增強(qiáng)和技術(shù)水平地不斷提高，鋼結(jié)構(gòu)必將得到越來越廣泛地應(yīng)用，成為我國建筑工業(yè)中主要的結(jié)構(gòu)體系之一。目前，國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在兩個(gè)方面的不足：首先在結(jié)構(gòu)的分析方面，經(jīng)典框架結(jié)構(gòu)線彈性分析只考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件彎曲變形、剪切變形和軸向變形影響，沒有考慮材

2、料非線性、幾何非線性和初始缺陷等的影響；其次在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算方面，由于構(gòu)件達(dá)到極限承載力狀態(tài)時(shí)一般處于彈塑性狀態(tài)，采用結(jié)構(gòu)彈性狀態(tài)分析所得的內(nèi)力與彈塑性狀態(tài)下的內(nèi)力必定不一致，因而構(gòu)件設(shè)計(jì)的可靠度并不是真實(shí)的可靠度。本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上重點(diǎn)對結(jié)構(gòu)幾何非線性和材料非線性的幾個(gè)熱點(diǎn)問題進(jìn)行了研究，主要做了以下幾個(gè)方面的工作： 1、三維梁柱單元的幾何非線性分析。本文采用非線性連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中三維連續(xù)體的有限變形理論的基本原理，并運(yùn)用更新

3、的拉格朗日列式法建立三維梁柱單元虛功方程，再根據(jù)梁柱理論推導(dǎo)出計(jì)及軸力和剪切變形影響的梁柱單元真實(shí)的橫向位移和轉(zhuǎn)角位移，將傳統(tǒng)的梁柱理論與有限元技巧相結(jié)合，建立了包括多種耦合項(xiàng)在內(nèi)的嚴(yán)格三維梁柱單元幾何非線性增量剛度方程。其中的三維梁柱單元的彈性切線剛度矩陣，包括了弓形效應(yīng)，軸向變形與彎曲、軸向變形與剪切等各耦合項(xiàng)的Wagner效應(yīng)。這個(gè)方程比較全面地反映了軸向變形、剪切變形等其耦合項(xiàng)對單元剛度矩陣的貢獻(xiàn)，可以比較準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)模態(tài)

4、和穩(wěn)定承載力。該法采用一個(gè)單元的方式即可獲得結(jié)構(gòu)分析的較高精度，為大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的幾何非線性分析開辟了一條高效簡捷的途徑。 2、三維梁柱單元的材料非線性。在已有簡化塑性區(qū)單元模型基礎(chǔ)上，根據(jù)非線性連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論和彈塑性理論，建立了三維梁柱單元在局部坐標(biāo)系下的材料非線性增量剛度方程。這種方法所建立的增量剛度方程，可用于三維結(jié)構(gòu)的雙重大位移分析；同時(shí)由于所用模型是通過引入單元截面彈塑性影響因子和軸向彈塑性影響因子，來反映塑性沿構(gòu)件截

5、面擴(kuò)展和梁柱塑性沿構(gòu)件長度方向擴(kuò)展的效應(yīng)，因此其計(jì)算工作量相對于塑性區(qū)模型大為減少，與塑性鉸模型相比，其計(jì)算工作量增加不多，既便于實(shí)際應(yīng)用，又具有較高的結(jié)構(gòu)分析精度，可滿足結(jié)構(gòu)高等分析的要求。 3、半剛性連接空間鋼框架的非線性分析?？臻g結(jié)構(gòu)的半剛性性能研究比較困難，本文在半剛性連接非線性性能的研究方法和連接模型基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了半剛性連接空間桿單元幾何非線性剛度方程，討論了非線性剛度方程的求解方法以及在ANSYS中所使用的方法。最后