框架结构二阶分析方法的研究

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目前的结构力学教材一般只讲授框架的一阶内力分析方法,建筑结构设计人员也普遍采用一阶的分析方法对框架进行内力分析。而框架的一阶内力分析未考虑因整个框架侧移引起的内力附加值,这个结果显然是不够精确且偏于不安全的。随着计算机技术的快速发展,对较复杂的结构体系进行二阶非线性分析已成为可能,将非线性分析用于设计必将成为结构设计的主流方法。刚框架的二阶效应研究既可以给框架结构的二阶设计提供理论依据,又可为实际工程提供实用的分析方法,因此具有重要的理论价值和实际意义。 本文简要地介绍了框架结构非线性研究的现状以及各国规范对框架二阶效应的设计内容和方法;对我国《钢结构设计规范》GB50017-2003给出的考虑框架结构二阶效应的方法进行了探讨;推导了基于几何非线性框架的转角位移方程,在此理论基础上用FORTRAN语言编制了刚性框架二阶内力分析的有限元计算程序,并用此结构分析程序对多种框架进行了一阶和二阶的弹性分析,讨论了二阶效应在框架分析中不应忽略的原因,同时分析了影响框架二阶效应的因素。 由于钢制框架的高宽比较大,柱截面较小,因此,这类结构应考虑其几何非线性的P-△效应计算。这种计算一方面可以采用本文的电算方法求出其精确解,另一方面可以对一些较规则的结构进行某些简化,求出其近似解。因此,后者对设计人员来说也是非常必要的,因为简化法不仅在初步设计中可作为估算的手段,而且在施工图设计中,还可以对电算结果作一些定性的校核。本文总结了目前主要的针对刚性框架的简化二阶分析方法,并从工程的实际需求出发,推导出了一种高层建筑结构P-△效应的简单手算方法,实际工程计算表明该方法简便实用,又有工程需要的良好精度。最后,在总结本文工作的基础上,提出了一些本课题中尚待解决的问题。
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