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门式刚架是一种应用非常广泛的钢结构形式,主要作为工业厂房的结构。目前对门式刚架做的很多研究工作,包括将其置于采动区地表变形的环境下进行的研究。在采动区地表上开发建房,可以有效的缓解土地资源的瓶颈。研究采动区地表变形对门式刚架的稳定影响,可以产生很大的经济和社会价值。 本文主要研究门式刚架在采动区地表变形作用下的平面稳定性能及其变化规律。通过模型试验,研究门式刚架在发生拉伸地表变形和无地表变形两种工况下的稳定性能。(1)从试验中可以得到门式刚架的荷载-跨中挠度曲线,由曲线的极值点确定门式刚架的稳定极限承载力。门式刚架受到拉伸地表变形作用后,稳定极限承载力降低。(2)根据门式刚架柱顶的位移监测表明,受拉伸地表变形的门式刚架最终失稳后发生侧移,为有侧移失稳。(3)在试验中采集了刚架各个部位的应变,研究门式刚架受拉伸地表变形后的塑性发展特点。表明结构先在梁跨中出现塑性,最后在梁端形成塑性铰,发展到失稳,柱脚没有进入塑性。 建立与试验一致的有限元模型,将结果与试验数据进行对比,验证有限元模型的可靠性。利用ANSYS对本课题进行深入的研究拓展:(1)分别研究拉伸、压缩和不均匀沉降三种地表变形作用下的门式刚架平面稳定性能。(2)将门式刚架置于采动区地表变形的工况进行研究。考虑不同梁柱线刚比、斜梁坡度以及柱脚约束情况的门式刚架的平面稳定性的变化特点。(3)在采动区内各单一动态地表变形作用下,找出对门式刚架稳定影响起主要作用的变形,总结合理选位要求。 通过这一系列的研究表明,拉伸地表变形对门式刚架的稳定性能产生较大影响,造成结构的承载能力降低。压缩和不均匀沉降地表变形对于柱脚刚接的门式刚架,在一定程度范围内,会提高结构的承载能力;而对于柱脚铰接的门式刚架,会降低结构的承载力。门式刚架位于采动区盆地内,如若希望结构的稳定性受地表变形的扰动更小,可以选用柱脚铰接的形式。如希望结构具有更好的稳定性和承载能力可以选用柱脚刚接的形式。柱脚刚接门式刚架尽量设置于采动区压缩区域内,避开拉伸区域,而柱脚铰接的可尽量选择在盆地边缘,尽量减少不均匀沉降地表变形。同时,在经济和使用条件允许的情况下,尽量选用梁柱线刚比较小,斜梁坡度较大的门式刚架。