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钢筋混凝土排架结构的二阶效应规律及排架柱的等效长度研究

作　者: 全汉聪
导　师: 白绍良
学　校: 重庆大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢筋混凝土排架结构二阶效应 η-l0法基于几何刚度的有限元法等效长度系数
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在结构的二阶效应问题当中，钢筋混凝土排架结构变阶柱的二阶效应还有待进一步研究。到目前为止，对于铰接排架柱的二阶效应只有前苏联及我国设计规范作了规定。二十世纪七十年代至九十年代，胡绍隆及赵传智等利用初参数法对一次变阶排架柱进行整体失稳分析，给出了由初参数法求得的等效长度建议取值，但是由于他们的研究工作中存在的概念误判，导致给出的建议值并不正确。到了二十一世纪初期，本论文作者所在研究团队的朱占友和刘毅分别先后对排架结构二阶效应进行了新一轮系统的研究和分析，并取得了一系列重要的研究成果。但是我国2010版的《混凝土结构设计规范》修订组经综合考虑后认为，已有研究成果仍可能有待确认和完善，故仍决定使用原来的排架柱等效长度。至此，我国现行钢筋混凝土结构设计规范给出的铰接排架柱等效长度规定已使用了四十几年未作改变，而且缺少分析依据。在这样的背景下，本论文在前人研究成果的基础上，对排架结构的二阶效应规律以及排架柱的等效长度取值规律进行进一步的分析研究，取得了以下研究成果：①在结构二阶效应分析方面，归纳介绍了用于结构二阶效应分析的η-l₀法、基于几何刚度的有限元法（简称“虚柱法”）以及基于等效水平力的有限元迭代法（简称“迭代法”）。本论文对使用基于几何刚度的有限元法求解结构P-△效应的实现过程进行了理论推导，详细说明了该方法的思路，并通过一根等截面悬臂柱演绎了该方法求解结构P-△效应的实现过程。同时，对该方法进行了拓展，提出以及论证了通过细分单元的方式可以使用该方法同时考虑结构的P-△效应以及P-δ效应。而且，进一步通过算例论证了使用迭代法和虚柱法考虑结构二阶效应得到的结果是一致的，并通过迭代法剖析了虚柱法的细部原理。②以排架跨度、吊车吨位、风荷载大小和上下柱柱长比β作为变量，通过对单层单跨有吊车排架结构系列算例进行弹性一阶以及弹性二阶分析，系统考察了这些因素对此类排架结构二阶效应规律以及排架柱等效长度系数取值规律的影响程度。与此同时，也考察了此类排架结构的二阶效应规律以及排架柱的等效长度系数取值规律，在此基础上给出了单层单跨有吊车排架结构排架柱在排架方向的等效长度系数取值建议方案，并且从理论上解析了排架柱等效长度系数大于2.0的原因。③通过单层单跨有吊车排架结构算例验证了P-△效应不会增大排架柱的柱内剪力，其原因就在于P-△效应是由竖向荷载和水平位移产生的，原则上不会影响结构在水平力下的平衡条件。④初步考察了左跨与右跨跨度相等的单层两跨等高有吊车工业厂房排架结构的二阶效应规律以及排架柱等效长度取值规律，认识到上下柱柱长比对单层两跨等高有吊车工业厂房排架结构二阶效应规律以及排架柱等效长度取值规律的影响与对单层单跨排架结构的是一致的。同时，与单层单跨排架结构相比，该类排架结构的二阶效应规律以及柱的等效长度系数取值更加复杂，其边柱柱段的等效长度系数可能会比相同条件下的单层单跨排架结构的偏小，也可能会偏大，而中柱的等效长度系数往往比较小，多数情况下会小于1.0。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-34
  1.1 钢筋混凝土结构二阶效应概述  10-11
  1.2 η-l_0法简介  11-15
    1.2.1 概述  11-12
    1.2.2 的表达式  12-14
    1.2.3 等效长度l 0  14-15
  1.3 基于几何刚度的有限元法简介  15-28
    1.3.1 几何刚度的定义  15-19
    1.3.2 对基于几何刚度的有限元法原理的理解  19-20
    1.3.3 用基于几何刚度的有限元法计算结构二阶效应的实现过程  20-28
    1.3.4 对基于几何刚度的有限元法的初步评价  28
  1.4 基于等效水平力的有限元迭代法（简称“迭代法”）简介  28-29
  1.5 排架结构的二阶效应研究现状及需要解决的问题  29-32
  1.6 本论文的研究目的与内容  32-34
2 对一个单层单跨有吊车排架结构二阶效应的初步考察  34-48
  2.1 引言  34
  2.2 分析方法的选取  34-35
  2.3 荷载工况和最不利荷载组合的确定  35-38
    2.3.1 荷载工况  35-36
    2.3.2 截面设计的最不利荷载组合  36-37
    2.3.3 分析工况的确定  37-38
  2.4 用于确定排架柱等效长度的η-l_0关系  38-39
  2.5 算例的确定  39-42
  2.6 算例分析结果及对结果的分析  42-46
    2.6.1 迭代法和软件 ETABS 计算排架结构二阶效应的结果对比  42-44
    2.6.2 算例分析结果  44-46
  2.7 本章小结  46-48
3 单层单跨有吊车工业厂房排架柱的等效长度  48-82
  3.1 引言  48
  3.2 确定算例参数  48-51
  3.3 吊车吨位和排架跨度对排架结构二阶效应的影响  51-61
    3.3.1 算例结果  52-58
    3.3.2 算例结果分析  58-61
  3.4 风荷载大小对排架结构二阶效应的影响  61-64
    3.4.1 算例结果  62-63
    3.4.2 算例结果分析  63-64
  3.5 上下柱柱长比对排架结构二阶效应的影响  64-71
    3.5.1 算例的确定  64-65
    3.5.2 算例结果  65-70
    3.5.3 算例结果分析  70-71
  3.6 单层单跨排架柱等效长度系数取值建议  71-79
    3.6.1 排架柱等效长度系数的取值建议  71-74
    3.6.2 排架柱等效长度取值的合理性验证  74-79
  3.7 P-Δ效应对排架柱柱内剪力的影响  79-81
  3.8 本章小结  81-82
4 单层两跨有吊车工业厂房排架柱等效长度的初步考察  82-90
  4.1 引言  82
  4.2 计算模型及算例设计  82-85
    4.2.1 计算模型  82-83
    4.2.2 算例设计  83-85
  4.3 算例分析及结果  85-86
    4.3.1 分析思路  85
    4.3.2 分析结果  85-86
  4.4 算例结果分析  86-87
  4.5 本章小结  87-90
5 结论与展望  90-92
致谢  92-94
参考文献  94-96
附录  96
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  96

钢筋混凝土排架结构的二阶效应规律及排架柱的等效长度研究

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