第三四章作業(yè)(高鋼)

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1、《高等鋼結(jié)構(gòu)原理》塑性設(shè)計(jì)與抗震性能學(xué)生作業(yè)2014年12月1日第三章作業(yè)3.1a為了滿足塑性設(shè)計(jì)的要求，國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范EC3，BS5950，GB50017-2003，GB50017-201X(報(bào)批稿)分別如何進(jìn)行構(gòu)件截面分類？哪類截面適用于塑性設(shè)計(jì)？1．國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范對(duì)構(gòu)件截面的分類如下：EC3：第一類截面，能夠形成塑性鉸，且塑性鉸具有滿足塑性分析要求的轉(zhuǎn)動(dòng)能力；第二類截面，能夠形成塑性彎矩，但是塑性鉸只有有限的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，因此不適用于對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行塑性分析；第三類截面，邊緣應(yīng)力能夠達(dá)到屈服應(yīng)力，但是局部彎曲阻止了塑性抵抗彎矩的發(fā)展；第四類截面，局部彎曲限制了抵抗彎矩的發(fā)展。BS5950

2、：第一類截面（plasticcrosssection），塑性鉸具有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力；第二類截面（compactcrosssection），具有一定的塑性彎矩；第三類截面（semi-compactcrosssection），邊緣應(yīng)力能夠達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，但是不能發(fā)展塑性極限彎矩；第四類截面（slendercrosssection），對(duì)彎曲變形有明確的限制GB50017-2003：我國(guó)似乎還沒有系統(tǒng)的對(duì)構(gòu)件截面進(jìn)行分類，而是對(duì)板件的寬厚比進(jìn)行了限制，具體如表3.1.1。表3.1.1GB50017對(duì)板件寬厚比的要求截面形式翼緣腹板GB50017-201X(報(bào)批稿)：構(gòu)件設(shè)計(jì)截面應(yīng)根據(jù)GB50017-2

3、01X(報(bào)批稿)中表3.4.1的規(guī)定分為A、B、C、D、E共5級(jí)。板件的寬厚比，應(yīng)根據(jù)此規(guī)范表3.4.1規(guī)定的截面類別，符合下列規(guī)定：1)形成塑性鉸、并發(fā)生塑性轉(zhuǎn)動(dòng)的截面，截面寬厚比不應(yīng)超過A級(jí)截面的寬厚比限值；2)最后形成塑性鉸的截面，截面寬厚比不應(yīng)超過B級(jí)截面的寬厚比限值；3)不形成塑性鉸的截面，截面寬厚比不宜超過D級(jí)截面的寬厚比限值。1．塑性設(shè)計(jì)方法及各自的適用范圍塑性設(shè)計(jì)方法大體上分為剛－塑性分析和彈-塑性分析的基本方法。剛－塑性分析的基本方法彈性分析應(yīng)滿足的三個(gè)條件：1)平衡條件：作用在整個(gè)結(jié)構(gòu)或任意部分的自由體上的力和力矩的總和應(yīng)為零。2)連續(xù)性：變位形狀假定為連續(xù)曲線，結(jié)合邊

4、界條件即可列出“連續(xù)性方程”。3)極限彎矩條件：以最外邊緣應(yīng)力達(dá)到屈服應(yīng)力作為極限彎矩，任何截面都不得超越此極限。剛塑性分析應(yīng)滿足的三個(gè)條件：1)平衡條件：跟彈性分析相同。2)形成機(jī)構(gòu)條件：跟彈性分析要求連續(xù)性相反，塑性分析要求形成足夠數(shù)目的塑性鉸，用以破壞結(jié)構(gòu)的連續(xù)性使結(jié)構(gòu)整體或其一部分形成機(jī)構(gòu)。3)全塑性彎矩條件：以截面的全塑性彎矩作為極限彎矩，任何截面都無法超越此極限。僅當(dāng)上列所有三個(gè)條件均滿足時(shí)，所得的塑性分析結(jié)果才是正確的。這個(gè)結(jié)論，是由下列關(guān)于塑性分析的三個(gè)基本定理引出的。這三個(gè)基本定理是：下限定理，上限定理和唯一性定理。下限定理：在滿足平衡條件和全塑性彎矩條件的彎矩分布的基礎(chǔ)

5、上，所求得的結(jié)構(gòu)荷載必小于或等于塑性極限荷載。推論：增加結(jié)構(gòu)材料（忽略增加材料的自重影響）不會(huì)降低結(jié)構(gòu)的塑性極限荷載值。上限定理：在假定機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上所算得的結(jié)構(gòu)荷載，大于或等于塑性極限荷載。推論：1)將結(jié)構(gòu)任一部分的材料減少，不可能增加結(jié)構(gòu)的塑性極限荷載。2)對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)可能形成的所有機(jī)構(gòu)，求得各自相應(yīng)的荷載。則其中的最小值，就是結(jié)構(gòu)的塑性極限荷載。相應(yīng)的機(jī)構(gòu)就是結(jié)構(gòu)塑性破壞的真正機(jī)構(gòu)。唯一性定理：同時(shí)滿足平衡、形成機(jī)構(gòu)和全塑性彎矩等三個(gè)條件的荷載，就是結(jié)構(gòu)的塑性極限荷載。剛－塑性分析的基本方法包括靜力法、機(jī)構(gòu)法和彎矩平衡法。①　靜力法靜力法：以下限定理為基礎(chǔ)，目的在于尋求一個(gè)既滿足平衡條件、

6、又符合全塑性彎矩條件（M≤Mp）的彎矩圖。相應(yīng)于這個(gè)彎矩圖的荷載，僅為結(jié)構(gòu)塑性破壞荷載的下限。僅當(dāng)彎矩達(dá)到Mp值（亦即形成塑性鉸）的截面數(shù)目，足以使結(jié)構(gòu)變成機(jī)構(gòu)時(shí)，這個(gè)荷載才是真正的塑性破壞荷載。靜力法的適用范圍：超靜定次數(shù)較低的梁和剛架。靜力法的要旨：先將結(jié)構(gòu)的超靜定約束除去，使結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o定的基本體系。然后根據(jù)平衡條件，分別作出外荷載和超靜定約束作用在基本體系上的彎矩圖，超靜定約束所產(chǎn)生的彎矩用未知的超靜定約束值的函數(shù)來表示。截面的總彎矩等于兩種彎矩的代數(shù)和。步驟：設(shè)結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)為，則需要形成r+1個(gè)塑性鉸才能使結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成機(jī)構(gòu)。用嘗試法置r+1個(gè)截面的彎矩等于Mp，得r+1個(gè)方程式

7、，聯(lián)立解此方程組，即可解算出Mp和r個(gè)超靜定約束值。至此，結(jié)構(gòu)的彎矩圖即為已知。若所有截面均滿足M≤Mp的條件，則所得彎矩圖就是相應(yīng)于真正破壞機(jī)構(gòu)的彎矩圖。否則，重新選定r+1個(gè)截面（一般應(yīng)包括前一輪嘗試中M>Mp的截面）進(jìn)行嘗試，直至所有截面均滿足M≤Mp時(shí)為止。①　機(jī)構(gòu)法機(jī)構(gòu)法：以上限定理為基礎(chǔ)。它的任務(wù)是：從所有可能的破壞機(jī)構(gòu)中，選出相應(yīng)于最小塑性極限荷載的一個(gè)機(jī)構(gòu)，便是真正的破壞機(jī)構(gòu)，這個(gè)最小塑性極限荷載即真正的