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1、探討門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題：本文通過系統(tǒng)的有限元分析，對門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題進(jìn)行了探討，有一定的參考價(jià)值?！ ￡P(guān)鍵詞：輕型門式剛架結(jié)構(gòu)；變截面柱；計(jì)算長度系數(shù) 1單跨門式剛架變截面柱計(jì)算長度系數(shù) 門式剛架變截面柱的穩(wěn)定問題實(shí)質(zhì)上屬于剛架的整體穩(wěn)定問題，應(yīng)由剛架的整體穩(wěn)定分析來解決.整體穩(wěn)定分析時(shí)使用可承受拉、壓、彎作用的單軸梁單元Beam3，采用分段等截面法，將變截面梁、柱分段離散成若干等截面梁單元.鋼材為Q235，屈服強(qiáng)度為fy=235N/mm2，彈性模量為E=2.06105N/mm2，設(shè)材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為理想彈塑性模型. 根據(jù)剛架的彈性穩(wěn)定分析，得到剛架
2、整體失穩(wěn)時(shí)變截面柱的軸力Pcr，根據(jù)軸心受壓構(gòu)件的屈曲荷載轉(zhuǎn)化為歐拉荷載的通式： 可以得到計(jì)算長度系數(shù)μ： 分析了變截面柱小頭與大頭截面慣性矩之比Ic0/Ic1在0.026～0.73范圍內(nèi)變化，屋面坡度均為0.1的19榀典型門式剛架，并與文獻(xiàn)[1]中的取值結(jié)果進(jìn)行對比1本文僅選取Ic0/Ic1分別為0.1和0.175的比較 結(jié)果，分別如圖2和圖3所示.需要說明的是：考慮實(shí)際工程中鉸接柱腳構(gòu)造均有一定轉(zhuǎn)動(dòng)約束，因此對數(shù)值計(jì)算結(jié)果均乘以0.85的系數(shù). 由圖2和圖3可以看出，當(dāng)門式剛架梁柱線剛度比K2/K1>0.2時(shí)，文獻(xiàn)[1]與數(shù)值分析計(jì)算結(jié)果基本吻合；當(dāng)K2/K1<0.
3、2時(shí)，計(jì)算所得的計(jì)算長度系數(shù)要小于數(shù)值計(jì)算的結(jié)果，偏于不安全1而且文獻(xiàn)[1]表6.1.3僅考慮Ic0/Ic1[0.2的情況，但在實(shí)際工程中大量的門式剛架變截面柱的Ic0/Ic1都是大于0.2的，目前只能用現(xiàn)行表格進(jìn)行表格外的線性插值，計(jì)算結(jié)果存在一定誤差1因此，不但要對文獻(xiàn)[1]表6.1.3在K2/K1<0.2的情況進(jìn)行修正，而且要補(bǔ)充其在Ic0/Ic1>0.2的情況下的取值. 2帶搖擺柱剛架變截面柱計(jì)算長度系數(shù) 帶搖擺柱的多跨剛架，搖擺柱兩端鉸接，不提供任何側(cè)向剛度，但中間柱的軸向力卻有促使剛架失穩(wěn)的作用，因此邊柱的計(jì)算長度系數(shù)應(yīng)乘以一個(gè)放大系數(shù)η. 帶搖擺柱的多跨剛架
4、邊柱的計(jì)算長度系數(shù)L1的計(jì)算方法同第1節(jié)，放大系數(shù)η可由下式表示： 式中：L1為帶搖擺柱的多跨剛架邊柱的計(jì)算長度系數(shù)；L0為相同條件下不帶搖擺柱的單跨剛架柱的計(jì)算長度系數(shù). 本文僅選取Ic0/Ic1為0.4時(shí)兩跨、三跨、四跨帶搖擺柱的典型剛架在滿跨均布荷載作用下的比較結(jié)果，當(dāng)K2/K1>0.2時(shí)，柱計(jì)算長度放大系數(shù)公式略偏于安全，可以不作修正；但當(dāng)0.1<K2/K1<0.2時(shí)，柱計(jì)算長度放大系數(shù)公式偏于保守，需作適當(dāng)修正. 當(dāng)0.1<K2/K1<0.2時(shí)，柱計(jì)算長度放大系數(shù)η由式（4）計(jì)算. 修正后公式的計(jì)算結(jié)果與數(shù)值計(jì)算和公式計(jì)算結(jié)果的對比如圖5，圖
5、6和圖7所示1不同跨數(shù)帶搖擺柱的門式剛架邊柱放大系數(shù)修訂后的公式計(jì)算結(jié)果比原規(guī)程中的放大系數(shù)公式更加接近數(shù)值模擬計(jì)算值，且仍略偏安全. 3工字形截面構(gòu)件腹板有效寬度系數(shù) 采用非線性屈曲分析方法分析了3組108根軸心受壓以及3組333根偏心受壓工字形截面短柱.分析時(shí)為獲得較好的計(jì)算精度，對短柱采用四節(jié)點(diǎn)Shell181單元；鋼材為Q235或Q345，屈服強(qiáng)度為fy=235N/mm2或345N/mm2，彈性模量為E=2.06105N/mm2，設(shè)材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為理想彈塑性模型.為了實(shí)現(xiàn)鉸接約束和保證構(gòu)件端面變形滿足平截面假定，在構(gòu)件的兩個(gè)端面生成了剛域，剛域的主節(jié)點(diǎn)為截面的形心點(diǎn)，在底
6、部端面主節(jié)點(diǎn)上約束3個(gè)方向的平動(dòng)位移和繞構(gòu)件長度方向的轉(zhuǎn)動(dòng)位移，頂部端面釋放長度方向的平動(dòng)位移，約束另兩個(gè)方向的平動(dòng)位移和長度方向的轉(zhuǎn)動(dòng)位移.對軸心受壓短柱，荷載均布施加在端面翼緣、腹板的節(jié)點(diǎn)上；對偏心受壓短柱，模擬偏心受壓將荷載等效為不同數(shù)值的均布線荷載施加在端面翼緣上.短柱計(jì)算模型的初始幾何缺陷根據(jù)第一特征值屈曲模態(tài)）））局部屈曲，取為雙波形的局部屈曲，分別計(jì)算了無缺陷和初始缺陷最大幅值為構(gòu)件長度L的1/10000，5/10000，1/1000，2/1000，5/1000時(shí)其非線性極限承載力.分析結(jié)果表明，構(gòu)件的初始幾何缺陷的幅值越大，其承載力越低，當(dāng)初始幾何缺陷最大值小于L/1000
7、時(shí)，初始缺陷的大小對極限承載力的大小影響不大，因此初始幾何缺陷幅值根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范6（GB50205-2001）附錄C.0.8，最大取為構(gòu)件長度L的1/1000. 公式（6）計(jì)算結(jié)果小于數(shù)值分析結(jié)果平均約23%，偏于：本文通過系統(tǒng)的有限元分析，對門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題進(jìn)行了探討，有一定的參考價(jià)值?！ ￡P(guān)鍵詞：輕型門式剛架結(jié)構(gòu)；變截面柱；計(jì)算長度系數(shù) 1單跨門式剛架變截面柱計(jì)算長度系數(shù) 門式剛
