钢框架高等分析综述

本文简要介绍了钢框架结构体系的发展现状以及现行钢结构设计方法的局限性,引出高等分析的设计理论,并介绍了高等分析方法,具体阐述了其中应用最广泛的精细塑性铰法。说明了钢框架设计过程中高等分析的优越性。     

改进塑性铰法在钢框架高级分析中的应用

改进塑性铰法是一种简化的高级分析方法。该方法能够考虑结构及构件的二阶效应、几何缺陷和残余应力等多种非线性因素的影响，还可以考虑连接的半刚性性能。改进塑性铰法已可用于平面钢框架的高级分析和设计，对空间钢框架的高级分析尚有待发展。详细介绍了实用的改进塑性铰法对各种非线性因素的处理办法，及平面框架分析向空间框架分析扩展的实用方法．并讨论了当前改进塑性铰法高级分析亟待解决的问题。     

改进塑性铰法在钢框架高级分析中的应用

改进塑性铰法是一种简化的高级分析方法。该方法能够考虑结构及构件的二阶效应、几何缺陷和残余应力等多种非线性因素的影响,还可以考虑连接的半刚性性能。改进塑性铰法已可用于平面钢框架的高级分析和设计,对空间钢框架的高级分析尚有待发展。详细介绍了实用的改进塑性铰法对各种非线性因素的处理办法,及平面框架分析向空间框架分析扩展的实用方法,并讨论了当前改进塑性铰法高级分析亟待解决的问题。     

半刚性钢框架的直接分析方法理论研究

介绍了一种针对半刚性连接钢框架的直接分析法,该方法可以同时考虑结构和构件的初始缺陷、几何非线性(包括P-Δ,P-δ效应)、材料非线性以及半刚性连接(支座)对结构受力性能的影响。建立了可同时考虑初始缺陷、半刚性连接以及塑性铰的弯曲稳定函数单元(CSF单元),推导了CSF单元的二阶单元刚度矩阵,并扩展为三维单元刚度矩阵。采用弹簧单元对半刚性连接和塑性铰单元的非线性行为进行了模拟,确定了塑性铰出现的判断准则以及弹簧刚度的取值,定义了结构破坏准则。利用NIDA程序对3组半刚性连接框架结构进行了直接分析,并与试验结果进行了对比。对比分析表明:利用NIDA程序得到的结果与试验结果吻合较好,验证了直接分析法对半刚性连接钢框架进行结构分析的有效性和可靠性。     

火灾下钢结构的性能与高等分析

本提出了一种改进的模型用于真实火灾下结构的性能分析。其主要特点是用非线性有限元模拟构件，反映结构整体非线性的影响。对真实火灾采用多区域及热辐射模型进行了模拟，对瞬态热传导采用有限元法进行了计算。采用边界面理论来考虑塑性沿构件截面的连续性。对承受局部火灾的半连续框架、多高层及大跨拱形析架采用了基于性能的分析方法。其中对梁跨度，火源位置对火势的蔓延对结构的影响进行了分析。最后对大跨屋面结构在非对称热力作用下的权限状态进行了分析。     

高等分析及其在钢结构设计中的应用

本文介绍了结构高等分析的概念和一般方法;给出了梁柱单元四项式表达,克服了轴力变号或趋于零时稳定函数表达不一致的缺点;通过一个设计实例进一步说明了高等分析用于设计时的优点与一般步骤,由于不需要对结构构件进行强度与稳定性验算,因此高等分析用于钢结构设计时具有极大的实用价值     

基于刚体准则的空间框架弹塑性非线性分析方法

基于刚体准则,采用二阶改进塑性铰模型,构建了空间弹塑性梁单元及其弹塑性刚度矩阵,建立了高效简洁的非线性增量迭代方法,可有效分析截面屈服产生的有限转动、二阶效应等柔性空间钢框架结构材料与几何非线性耦合效应。对于受初始力平衡的单元,随着单元的刚体转动与移动,其初始平衡力在当前状态下应保持大小不变,仅方向随单元做刚体转动,而实际结构的变形可以视为较大的刚体位移与较小的自然变形(弹性或非弹性)的组合。将此刚体准则植入增量迭代法,在预测阶段采用通过了刚体运动检验的弹塑性矩阵,从而合理确定迭代初始方向;在修正阶段使用刚体准则计算单元结点力,保证了计算精度。对三个典型柔性框架结构所做分析表明,本文方法能够准确预测结构的极限承载力值与塑性铰发展过程。对于空间框架结构,每根杆件仅需划分一个单元,极大提高了计算效率、降低了计算成本。与塑性区法、纤维元法以及考虑截面翘曲的修正切线刚度法等相比,本文提出的方法具有物理概念明确、单元划分少、刚度矩阵简单、分析过程简洁、计算精度与效率高等显著特点,适于工程应用。     

多高层钢框架的双重非线性有限元分析

本文基于非线性连续介质力学的有限变形理论和结构分析的塑性铰形成机理 ,介绍一种用于多高层钢框架结构双重非线性分析的简化单元模式和有限元方法 ,并推导了简化单元模式的增量刚度矩阵。它可以考虑杆件横截面塑化、塑性区长度、残余应力、轴力的二阶效应和轴力降低杆件截面极限弯矩等几何和材料非线性因素的影响。通过算例表明 ,本文方法是可靠的 ,可供工程设计人员参考。     

可修复的装配式钢框架梁柱节点非线性静力分析

提出了一种可修复的装配式钢框架梁柱节点,通过改变翼缘连接盖板的厚度、中间排螺栓间距等参数,将塑性铰转移到连接区,从而利用翼缘连接盖板的变形来消耗地震能量,确保梁柱等主要构件保持在弹性范围内不发生破坏,震后只需更换翼缘连接盖板即可实现节点的快速修复。利用ABAQUS有限元分析软件对5个节点进行了数值模拟研究,获得了节点的承载能力、破坏模式、构件应力等,着重分析了中间排螺栓间距、翼缘连接盖板厚度等参数对节点关键力学性能的影响规律。结果表明:通过合理设计翼缘连接盖板厚度、中间排螺栓间距等相关参数既可保证节点承载能力,又能确保梁柱等主要构件不发生破坏,以实现节点的震后快速修复。     

空间钢框架高等分析的塑性区方法研究

钢框架结构高等分析的塑性区模型能够精确地模拟结构二阶非弹性性能,在对基于构件截面弯矩-曲率-轴力关系的塑性区模型和基于有限单元法实体单元、壳单元及纤维单元的塑性区模型进行系统研究之后,指出它们的优缺点及应用过程中需要注意的问题。并在此基础上,介绍基于塑性区模型的混合单元技术,为进行塑性区模型的理论研究及应用提供依据,同时为空间钢框架结构的精确非线性分析提供参考。     

钢结构高等分析的应用研究

结合工程实例，对钢结构高等分析与传统设计方法进行了比较研究，说明了钢框架高等分析的优越性，同时指出现行钢结构设计方法的缺陷和繁琐，并对修改钢结构设计规范和高等分析方法在实际工程设计中的应用提出了建议。     

Pushover分析方法及钢框架算例

阐述了静力弹塑性分析方法的基本原理、实施步骤和几种水平荷载加载模式,并用ANSYS对一榀多层钢框架进行了计算分析,结果表明Pushover法是一种有效的静力弹塑性分析方法。     

延性钢框架设计方法研究

介绍了1994年美国Northridge地震和1995年日本Kobe地震中钢框架结构断裂模式,指出利用钢框架结构梁柱新型延性节点进行延性设计是预防脆性断裂的主要途径;然后讨论了钢框架非线性分析的各种方法,以及钢框架延性设计的步骤和注意事项。     

钢管混凝土框架结构力学性能非线性有限元分析

在考虑材料非线性和几何非线性的基础上进行了钢管混凝土柱-钢梁平面框架结构力学性能的非线性有限元分析,核心混凝土采用考虑钢管约束效应的应力-应变关系,钢材采用二次塑流模型或线性强化模型,通过在有限元公式中引入几何刚度矩阵,并在荷载步中更新坐标描述二阶效应来反映框架结构的几何非线性效应。基于近似修正的拉格朗日表述来反映框架结构变形前后位形之间的关系,利用虚功原理建立相应的增量平衡方程,并采用位移增量法求解非线性有限元方程,理论计算结果得到试验结果的验证。分析表明,基于非线性纤维梁-柱单元理论的分析方法可以反映钢管混凝土框架在受力过程中构件屈服和塑性分别沿截面和杆长两个方向扩展的分布塑性特征,并考虑初始缺陷、残余应力等,因此可较好地反映钢管混凝土框架的力学性能。在此基础上对影响钢管混凝土框架力学性能的主要因素进行了参数分析,分析的具体结果可供有关研究或工程应用参考。     

多层钢框架结构的Pushover分析

采用四种不同的水平加载模式对多层钢框架结构进行了多遇地震、罕遇地震作用下的Pushover分析,得到结构的顶点位移、各楼层层间位移、层间位移角以及塑性铰分布,在性能点处,多遇地震作用下结构并未出现塑性铰,在罕遇地震作用下结构逐步出现塑性铰,进而判断出结构中的薄弱环节为结构的底层。     

增大截面加固法在框架结构加固中可靠性分析

在震后大量房屋鉴定和加固统计分析的基础上,利用有限元软件ANSYS对框架结构房屋破坏加固处理中常用的加大柱截面法进行可靠性研究分析,通过对比分析加固前后框架结构的水平位移、受力构件的裂缝分布、极限承载力,得到了在框架加固中采用加大柱截面的可行性。     

多层钢框架结构的技术分析及比较

通过对某多层钢框架结构教学楼的技术分析及比较,探讨了多层钢框架结构的设计方法和其技术的合理性,指出钢框架结构有环保、重量轻、施工工期短等优点,但造价较高,寻找先进技术与低廉造价的平衡点将是今后研究的重点。     

考虑楼梯的框架结构连续倒塌分析

利用有限元软件SAP2000的动力非线性计算方法对考虑楼梯与不考虑楼梯两种情况下的框架进行连续倒塌计算,对比分析了楼梯位置处两处框架柱失效时框架的抗连续倒塌能力。分析结果表明:当楼梯部位的柱失效时,考虑楼梯与不考虑楼梯对框架的连续倒塌计算影响很大。考虑楼梯后,模型失效点处的位移和框架梁的内力减小,部分柱内力增大;楼梯构件受力改变,可能会因此失效,但有利于实现荷载的多路径传递,从而对框架的抗连续倒塌有利。