框架整体稳定性解析计算方法研究

1)确定受压柱计算长度系数的通用算法

基于摇摆柱需依附于其他结构维持自身稳定的这一特点,构建了弹簧-摇摆柱的基本计算模型,定义了内刚度和外刚度的概念,并进一步推导了各种侧移类型受压柱临界内外刚度比系数的计算公式,通过该系数可将求解受压柱计算长度系数的复杂二阶问题转化为计算压杆一阶抗侧刚度,进而获得了确定受压柱临界承载力和计算长度系数的通用算法,不但适用于规范给出的无侧移和自由侧移的两种类型框架柱,而且适用于规范无法确定弱支撑弹性侧移的框架柱。根据弹性侧移受压柱计算长度系数的计算公式,绘制了不同侧向弹簧相对刚度下框架柱计算长度系数表格,有效补充了《钢结构设计标准》附录E框架柱计算长度系数缺少的内容。

2)挠度法确定有侧移框架整体稳定承载力

挠度法基本原理就是将框架结构临界力的求解转化为计算框架的楼层侧移,这样便使得临界力的求解大为简化。本书运用挠度法推导了单层及多层框架结构临界力的计算公式,这些公式能考虑同层柱之间的相互支援以及层与层的支援作用,弥补了规范计算长度系数法的不足,并对计算结果与现行规范结果进行比较。

3)有侧移框架弹性整体稳定的解析算法

基于结构平衡稳定状态的物理意义,提出了结构外刚度和内刚度的概念,当框架处于临界失稳状态时,荷载外刚度将框架外刚度削弱为零,得到了结构临界稳定状态表达式,利用框架重复单元推导了框架结构整体抗侧刚度的计算公式,获得了可直接计算框架临界承载力的简单实用的计算公式。该公式避免了传统计算长度系数法逐个构件验算的不便,而且可很好地考虑同层柱之间的相互支援以及层与层的支援作用,避免了计算长度系数法可能因此造成的不合理设计。

4)框架-剪力墙弹性整体稳定的解析算法(www.xing528.com)

将弹簧-摇摆柱的基本计算模型中的弹簧替换为框架-剪力墙,利用框架-剪力墙有侧移失稳时荷载外刚度将结构内刚度削弱为零这一原理,将求解框架-剪力墙临界承载力的复杂问题转化为求解结构的楼层抗侧刚度,进而推导了可直接计算有侧移框架-剪力墙结构整体弹性稳定承载力的简单实用的计算公式,可供工程设计使用。

5)考虑二阶效应的钢筋混凝土截面承载力计算的图解法

本书利用混凝土抛物线加矩形和钢筋理想弹塑性的完整本构关系曲线,摒弃了规范等效矩形应力分布的假设,构建了基于承载力极限状态的5个应变区域,以应变为自变量求解内力,无须迭代计算,得到了从轴心受拉到轴心受压全部范围的无量纲轴力-弯矩的诺模图,进而可解得考虑二阶效应的钢筋混凝土矩形截面承载力,避免了规范法复杂的计算,为工程设计人员提供了一种简单高效的手算工具。

6)钢筋混凝土偏心受压柱试验

通过对9根钢筋混凝土偏心受压柱进行试验,研究混凝土应变、钢筋应变、构件极限承载力以及破坏形态随配筋率、偏心率等因素的变化规律。获得了钢筋混凝土压弯构件的弹塑性荷载(弯矩)—应变(曲率)—偏心率—配筋率相关关系,给出了钢筋混凝土偏心受压柱弹塑性刚度近似计算公式,并进一步提出了结构弹塑性稳定承载力的近似计算方法。