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    輕型鋼結構穩定設計的若干問題

    2019-01-25   來源:   點擊數:39次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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       中國鋼管信息港記者昨日獲悉:我國規范中的規定及其存在的缺陷收稿日期圓我國現行的鋼結構設計規范2中規定框架的失穩形式按框架中所設支撐相對剛度的大小由下其中為支撐框架中支撐的側向剛度為去掉支撐后原框架的側向剛底以下稱兩者的比值為支撐相對剛度,記為隊。從規范〉中可以看出,這兩類框架的計算長度系數差別較大,在相同條件下有側移計兌長度系數往往是尤側移汁算長度系數〃的兩防以而框架柱的穩定臨界荷載與計算長度成平方反比關系,因此,在按設計規范確定框架柱的計算長度時,框架類別的歸屬對構件的穩定設計影響很大。然而,實際工程中存在這樣些框架結構,其內雖設有支撐體系,但支撐體系的剛度還不能達到無側移框架的要求,這類框架按規范規定將按有側移框架確定框架柱的計算長度。而對于那些有抗震設計要求的框架支撐結構體系,由于框架部分有良好的抗震性能,抗震規范規定框架部分必須承擔總地震力的25.以側向力按雙重抗側力體系中各自抗側移剛度分配,上述規定意味著框架的側向剛度大約為支撐體系的分之,從而很大部分雙重抗側力的框架被劃分為有側移框架類。顯然這樣的分類方法沒有考慮框架結構客觀存在的定抗側剛度忽略了支找付框奶結構側穩定件的有利作用,結果使按規范得到的柱子的計算長度偏于安全,不利于材料強度的充分發揮,因此宜考慮實際情況,對于設置了支撐的框架結構,在結構設計中考慮支撐的有利作用。
      
      從理論上講,有側移框架柱計算長度對應于支撐剛度為零的情形,而無側移框架柱計算長度系數則對應于支撐剛度為無窮大的情形實際上,當支撐剛度達到定程度時,框架的穩定性能將有可能接近于無側移框架,從而在支撐剛度不為無窮大時,就有足夠的精度保證框架柱可直接引用無側移計算長度系數進行計算,我們將這種支撐剛度較大的框架稱為完全支撐框架,并把框架按支撐剛度的大小分為連續的大類無支撐框架純框架非完全支撐框架弱支撐框架和完全支撐框架無側移框架。其中,無支撐框架和完全支撐框架分別是非完全支撐框架的兩種極端情形。根據這分類,對應于不同的相對支撐剛度值,確定出相應的框架柱計算長度系數,就可以對目前設計規范確定框架柱計算長度時存在的框架分類缺陷進行修正。同時,框架發生無側移失穩的臨界支撐剛度稱為支撐的門檻剛度,可做為區分框架有側移和無側移的合理標準。
      
      任何現實的桿件,其軸線井不可能趙幾何學上的理論直線,也就是并非理想的直桿,而是具有微小彎曲的桿件,我們將這種彎曲稱之為初始彎曲。
      
      桿件。在它承受著逐漸加大的壓力逐漸增大,假設初始彎曲的形狀為正弦曲線的半個波,則初始撓度按坐標系為=如,據此建立的中衡方程式為瓦+阿桿央的撓度為5,=.13.
      
      顯而易,當=時,將無限增大,它的物理意義就是指桿件的彎曲剛度退化為零。桿件無法再保持穩定的平衡了。
      
      從這分析可以得知,桿件的彎曲剛度隨其所受壓力增大而不斷退化;當N達到臨界值NE時,剛度退化為零。
      
      這是分析穩定問時的個重要概念。這個概念不僅適用于單根壓桿,也適用于框架等桿件體系。
      
      中國鋼管信息港記者昨日獲悉:既然桿件能否保持穩定牽涉到結構的整體性問,那么,穩定分析也就應該從整體結構著眼。然而,當前在設計單層鋼框架時,并不去計算框架本身的穩定性,而是用計筲柱子的穩定性來代替。應當注意的是,這只是種簡化方法。它是把橫梁對柱子的約束和柱腳所提供的約束,通過計算長度來加以體現的,這種簡化只是在符合定條件時才是精確的。
      
      鋼結構設計規范081788中附4.2所給出的框架長度計算系數對于對稱框架承受柱頂對稱荷載時,和框架穩定計算是等價的即所謂的長度計算法。但是,如果條件發生變化,該方法就不能確切反映框架的穩定狀態了。例如,當框架不對稱或者荷載不對稱時,如果要比較準確地解決穩定問,就需要將系數1加以修正。
      
      既然長度計算法只是在特定條件下才能給出正確的結杲,設計者在應用規范中的系數時,就應該細心謹慎從事,首先應該在考察結構整體性的基礎上再來運用這方法,而不是盲目地套用規范中的系數遇到特殊情況時,最好從框架的穩定來進行分析。
      
      首先討論框架的彈性穩定。
      
      在進行單跨單層框架的彈性穩定分析時,有多種方法,如平衡法轉角位移法剛度矩陣法等。此處不再詳述,以下的分析采用了轉角位移法。對于只承受重力荷載上。對于無側移的框架,只要列出框架各節點彎矩的平衡方程,就可以求得臨界荷載。對于有側移的框架,除了應建立節點彎矩的平衡方程以外,還要建立框架剪力平衡方程才可求解。實際的結構其實都是同時承受重力荷載和水平荷載的。這樣,在施加荷載以后,框架就會出現側移。框架柱出現側移以后,不可能在變形發展很大時還保持彈性。
      
      因此,如果沒有有效的防側移措施,框架將在達到彈性臨界荷載之前就會因塑性發展而失衡。
      
      下面我們再討論框架的塑性穩定。
      
      要解決有側移框架的穩定承載極限問,必須進行階彈塑性分析。而這種分析計算比較復雜,因為框架的非彈性失穩是出現了定數量的塑性鉸之后才發生的。而每出現個塑性鉸,框架的剛度就發生較大變化。如果要算得精確些,包括考慮殘余應力影響和塑性沿桿長分布的話,即是利用計箅機求解也需花費相當長的時間。實際工程中可以采用於6,法或其它的近似計箅法。同時還要注意,框架利用塑性必須保證構件的局部穩定和平面外穩定。
      
      門式剛架多用于單層工業廠房,設計時可以參照冷彎薄壁型鋼結構技術規范68887中第七章剛架的規定來計算其穩定問。冷彎薄壁型鋼結構技術規范,81887附341所列的剛架柱計算長度系數和鋼結構設計規范081788附42有側移框架柱的計箅長度系數中的2=0和尺2=,兩行的數字相同。不過注意的是橫梁長度要按它的折線取用,而不是水平投影長度。如果柱子是變截面的,其計算長度由規范081887附342,得,如果橫梁也是變截面的,其影響如何考慮,規范沒有明確規定,須由設計者自行處理。
      
      冷彎薄壁型鋼結構技術規范〉1887還規定橫梁在框架平面內僅按壓彎構件計算其強度,無需計算平面內穩定性,因而規范甚至沒有給出橫梁在平面內的計算長度。如果橫梁的坡度不大,以上規定是可行的。但是,如果橫梁的坡度較大,或者屋脊處有懸掛荷載時,梁的軸力將會很大。這將造成兩種后果,是梁對柱子的約束作用下降,使柱子的計算偏于不安全;是斜梁本身在框架平面內的穩定不能再被忽視。實際上,當坡度達到常用的13時,斜梁的軸力已是不容忽視的。
      
      性設計時的穩定問腰我們知道,鋼材具有良好的塑性功能,在設計鋼結構時,可以考慮結構或構件發生定的塑性變形。鋼結構設計規范,81788的第九章講述的就是鋼結構的塑性設計。所謂的塑性設計是指在起靜定梁或者框架中允許出現系列塑性鉸,直至形成機構為止。傳統的塑性設計方法用的是剛塑性設計,沒有計人1么效應,這就使得框架在形成剛塑性機構前會在框架平面內喪失整體穩定,使框架兩種方法,是采用簡化的階矩彈塑性分析法;是采用柱穩定計算來代替框架的整體穩定計算,這也是現行規范所采用的方法。無論采用哪種方法,局部屈曲和平面屈曲都須予以防止。
      
      中國鋼管信息港記者昨日獲悉:對于單層框架,如果柱腳是鉸接而非剛接,而且橫梁的線剛度比柱子的線剛度小即橫梁對柱的約束性小,階效應的彭響是很小的。即使對于般的單層框架,其影響也不會太大。鋼結構設計規范081788用柱子穩定計算來代替框架的整體穩定計算,完全可以保證結構的安全度。
      
      塑性設計對于跨數較多的框架和單跨框架在穩定問上則有所不同。多跨框架中柱上端所連接的兩根橫梁的彎矩全部或大部抵消,因此,柱所受的彎矩很小,所以柱所需是說,柱的抗側移能力較弱。這也就是為什么多跨框架必須作穩定性驗算的原因。單層的多跨框架在失穩時有兩種可能的形式其是倒向同側的失穩;其是從中間倒向兩側的失穩即橫梁躍越失穩。現行規范對此未作介紹,設計時可參考英國規范8859501990的規定。
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