考慮剪切變形影響的框架及巨型框架穩(wěn)定理論.pdf

1、幾十年來，各國學者對框架結構理論及其應用進行了大量的研究，形成了關于框架結構穩(wěn)定性、二階效應及抗側剛度的理論體系。然而，傳統(tǒng)的框架理論大多都僅考慮了框架梁柱構件彎曲變形的影響，對于剪切變形的影響通常是忽略不計的。如今，巨型框架結構以及巨型構件在高層建筑中大量采用，且巨型構件的剪切變形通常占較大的比例，對結構的性能有較大的影響。因此，傳統(tǒng)的框架理論將會產生較大的誤差。本文以此作為出發(fā)點，系統(tǒng)的分析了考慮構件剪切變形影響的框架理論。

2、 本文首先回顧了同時考慮構件彎曲變形與剪切變形的若干分析方法，以及各方法的基本假定和相應的優(yōu)劣性。詳細介紹了本文考慮剪切變形影響的基本方法，以此方法作為貫穿全文的分析思想。 從簡單的梁柱構件出發(fā)，推導了同時考慮剪切變形與彎曲變形的梁柱基本單元的一階、二階轉角位移方程。這組基本方程成為我們分析問題的基礎，對于任意結構，均可利用精確的考慮剪切變形影響的的二階轉角位移方程，建立結構自身的平衡方程求解。 提出了兩端任意轉動約束剛

3、度的框架柱單元，側向完全支撐、側向無支撐以及側向任意剛度KL時，考慮剪切變形的影響，柱的穩(wěn)定屈曲方程以及臨界荷載的近似公式，與解析解相比，具有良好的精度，且計算簡便。 通過研究發(fā)現(xiàn)，兩端任意轉動約束的柱，其線性的抗側剛度與其有側移失穩(wěn)臨界荷載之間近似正比關系，這為我們揭示了結構發(fā)生有側移失穩(wěn)的本質：在豎向軸壓力作用下，結構的抗側剛度逐漸減小，當抗側剛度為零時，結構將發(fā)生有側移失穩(wěn)。 研究了框架橫梁的剪切變形對于框架發(fā)生有

4、側移失穩(wěn)以及無側移失穩(wěn)的臨界荷載的影響。研究發(fā)現(xiàn)，無論框架柱上的軸壓力如何分布，當框架發(fā)生有側移失穩(wěn)時，都可以通過折減框架橫梁的抗彎線剛度的方法考慮；當框架發(fā)生無側移失穩(wěn)時，可以近似的認為橫梁的剪切變形對框架無側移失穩(wěn)臨界荷載的影響可以忽略不計。提出了求解多層多跨框架結構有側移失穩(wěn)臨界荷載的近似法，該法兼考慮了框架梁柱構件剪切變形的影響，同層各框架柱相互支援作用，框架層與層相互支援作用，且具有很好的精度。 研究了框架結構的線性層

5、抗側剛度概念，分析中考慮構件剪切變形的影響。發(fā)現(xiàn)框架結構的層抗側剛度不僅與該層的梁柱構件有關，同時還與相鄰層框架梁柱的相對剛度有關，與作用于框架結構之上的水平荷載形式有關，提出了求解框架結構層抗側剛度的近似法。通過對框架柱兩端由橫梁提供的轉動約束剛度的研究發(fā)現(xiàn)，在不同形式的荷載作用于框架結構時，框架橫梁對與之相連的框架柱端提供的轉動約束剛度是不固定的，且可能為負值，突破了傳統(tǒng)觀點認為的柱端轉動約束剛度恒定不變，且為正值的束縛。

6、研究了考慮剪切變形影響的格構式階形柱的穩(wěn)定性及一階、二階抗側剛度，提出了穩(wěn)定屈曲方程，并根據(jù)方程的解析解繪制了計算長度系數(shù)的表格，以便查用。同時，提出了階形柱穩(wěn)定臨界荷載的近似解，與解析解相比具有很高的精度。提出了求解階形柱的上下柱的一階、二階抗側剛度的精確公式。 分別研究了彎曲型高-剪切型低的雙重抗側力體系、剪切型高-彎曲型低的雙重抗側力體系、非等高的雙重彎剪型抗側力體系的穩(wěn)定性。提出了上述非等高雙重抗側力體系的穩(wěn)定臨界荷載精

7、確解與近似解。著重分析了隨著內部兩子結構相對高度的變化，相應的非等高雙重抗側力體系總的臨界荷載發(fā)生變化的規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，并非當兩子結構高度相等時，總的臨界荷載取到最大值，而是存在最優(yōu)相對高度的概念，即當內部兩子結構的相對高度為最優(yōu)相對高度時，結構總的臨界荷載最大。 分析了伸臂的存在對于提高結構的整體穩(wěn)定性以及水平抗側剛度的作用機理。提出了伸臂位于結構頂部以及位于結構任意高度處時，結構的穩(wěn)定屈曲方程及臨界荷載近似公式。分析了伸臂位