考慮局部屈曲的變截面門式剛架結(jié)構(gòu)的整體性能

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1、致謝本論文的工作是在我的導(dǎo)師楊娜教授的悉心指導(dǎo)下完成的,楊娜教授一絲不茍的作風(fēng),嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度,令我在兩年的學(xué)習(xí)中受益匪淺。同時(shí),楊老師在學(xué)習(xí)上和生活上都給予了我很大的關(guān)心和幫助,在此衷心感謝兩年來?xiàng)罾蠋煂?duì)我的關(guān)心和指導(dǎo)。在實(shí)驗(yàn)室工作及撰寫論文期間中,得到了陳愛國(guó)老師的大力指導(dǎo)和幫助,邢佶慧老師也不時(shí)的為我指點(diǎn)迷津,在此向他們表示深深的謝意;我的師兄喬磊及課題組的栗榮剛、白楊等同學(xué)對(duì)我論文的研究工作給予了熱情幫助,在此向他們表達(dá)我的感激之情。感謝我的同學(xué)們,大家和睦相處,團(tuán)結(jié)互助;感謝我的朋友,他們使我的生活充滿樂趣,學(xué)習(xí)工作有了干勁;感謝我的室友,朝夕相處

2、,維系著彼此之間姐妹般的感情;感謝課題組的師長(zhǎng)們、同學(xué)們對(duì)我的指導(dǎo)和關(guān)心,在實(shí)驗(yàn)室的那份融洽令我留戀。另外也深深感謝家人和我的男友吳鋒,沒有他們的理解和支持我也無法在學(xué)校專心順利地完成我的學(xué)業(yè)。第一章緒論1.1研究背景1緒論門式剛架作為一種房屋結(jié)構(gòu)形式用途十分廣泛,具有造型美觀、價(jià)格便宜、抗震性能好、布置靈活、施工速度快等優(yōu)點(diǎn),近年來在中小型廠房、倉(cāng)庫(kù)、大型超市等方面得到廣泛的應(yīng)用,許多國(guó)家如英、美、日、澳等已把它作為一種經(jīng)濟(jì)快捷的建筑結(jié)構(gòu)體系以商品的形式出售。我國(guó)輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系起步較晚,是在引進(jìn)國(guó)外的相關(guān)材料和軟件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。隨著壓型鋼板、冷

3、彎薄壁型鋼、H型鋼的大批量生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn),輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系得到了較為廣泛的推廣。輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系是以焊接H型鋼為梁柱,以冷彎薄壁型鋼為檁條、墻梁、墻柱,以壓型鋼板為屋面板、墻板,并以門式剛架為其主要承重部件的結(jié)構(gòu)體系。為了使構(gòu)件截面適應(yīng)彎矩的變化以達(dá)到輕盈美觀與節(jié)省材料的雙重效果,梁柱構(gòu)件經(jīng)常采用變截面形式,如圖1-1所示。焊接H形實(shí)腹截面,板厚一般在16mm以下,腹板高厚比較大,允許腹板局部失穩(wěn),并按有效截面特性驗(yàn)算構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性¨1。門式剛架屬于平面受力體系,非常適宜于跨度在18--36m之間、柱距6-9m、平面尺寸狹長(zhǎng)的建筑,這使其成為國(guó)內(nèi)外

4、大規(guī)模現(xiàn)代化工業(yè)廠房首選結(jié)構(gòu)形式。目前這種結(jié)構(gòu)在我國(guó)實(shí)際工程中最大跨度已超過70米,廠房單體最大建筑面積超過了7.5萬(wàn)平方米。(a)變截面門式剛架結(jié)構(gòu)(b)剛架彎矩圖圖1.1輕型門式剛架結(jié)構(gòu)Fig.1-!Diagramofportalframe為了適應(yīng)輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系迅速興起的市場(chǎng)要求,我國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)于2002年重新修訂了《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS102:2002)北京交通人學(xué)碩十學(xué)位論文【21,該規(guī)程為我國(guó)輕型門式剛架結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工提供了依據(jù)。1.2變截面門式剛架結(jié)構(gòu)的研究概況1.2.1門式剛架及其構(gòu)件的靜力穩(wěn)定性

5、能鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題可分為兩類:一類是結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的整體穩(wěn)定;另一類是組成構(gòu)件的板件的局部穩(wěn)定,包括腹板的局部穩(wěn)定和受壓翼緣的局部穩(wěn)定?,F(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范將這兩類穩(wěn)定問題分別獨(dú)立處理。通過限制腹板的寬厚比和翼緣的寬厚比來控制構(gòu)件不發(fā)生局部屈曲或者局部屈曲的臨界荷載高于構(gòu)件的整體屈曲臨界荷載;而對(duì)于整體穩(wěn)定則是通過滿足整體穩(wěn)定公式來保證的。但是實(shí)際上,這兩類穩(wěn)定問題經(jīng)常是相關(guān)的,即結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在發(fā)生整體失穩(wěn)時(shí)也伴隨著組成它的板件的局部失穩(wěn),這種現(xiàn)象被稱為相關(guān)屈曲。而關(guān)于門式剛架結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的研究也多分為兩類,一類研究針對(duì)門式剛架及變截面構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能,包括門式剛架

6、的失穩(wěn)模式,穩(wěn)定承載力,計(jì)算長(zhǎng)度法的改進(jìn)等;另一類研究則是在考慮結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的相關(guān)屈曲性能的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。早在二十世紀(jì)五十年代就已有學(xué)者開展了第一類研究。美國(guó)學(xué)者Amiyikian(1950)首次對(duì)變截面框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了內(nèi)力分析及研究,提出了采用表格及曲線圖來表達(dá)彎矩分布系數(shù)的方法。此后,經(jīng)過不少學(xué)者的大量分析和試驗(yàn)研究,給出了有側(cè)移和無側(cè)移楔形變截面門式剛架的計(jì)算圖表【3】。Foggel和Ketter【4】(1962)對(duì)楔形變截面構(gòu)件的彈性屈曲強(qiáng)度問題進(jìn)行了研究,考慮了兩種不同的截面變化形式:一種是工字形截面楔形構(gòu)件,假定其材料集中于翼緣,腹板呈線性變化,另

7、一種是箱形截面楔形構(gòu)件,給出了這兩種變截面構(gòu)件的平面內(nèi)彈性屈曲方程。John.C.ErmopoulosIS】(1986)在Jemes.M.Gere和Winfred.0.Carter的研究基礎(chǔ)上,研究了楔形變截面構(gòu)件在軸心荷載作用下的彈性臨界荷載值。通過對(duì)三種不同桿端約束條件的分析,得到相應(yīng)的特征方程,并給出一系列的曲線圖和表格。由此即可確定相應(yīng)截面形式、邊界條件下構(gòu)件所具有的最大臨界荷載。J.M.Davies(1990)【6】用能量法對(duì)山形鉸接剛架進(jìn)行了平面內(nèi)的穩(wěn)定分析,考慮了斜梁軸力的影響,給出了較為復(fù)雜的計(jì)算公式,但此分析僅限于等截面構(gòu)件。我國(guó)對(duì)變截面門

8、式剛架的研究主要集中在近十幾年。t996年周敏輝【7

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