钢筋混凝土排架结构二阶效应及其设计方法

发布时间：2017-10-28 01:18

  本文关键词：钢筋混凝土排架结构二阶效应及其设计方法

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【摘要】：现行《混凝土结构设计规范》有关排架结构的二阶效应设计方法依然是以经验成分为主的η-l_0法,在有理论瑕疵且缺乏有效分析验证的情况下历经五十年未做修订。本论文为《混凝土结构设计规范》GB50010-2010中二阶效应设计方法的遗留问题的后续研究工作的一方面,旨在为新一轮《混凝土结构设计规范》有关排架结构二阶效应的修订提供参考依据。随着计算机技术被广泛应用于工程设计,考虑排架结构二阶效应的η-l_0法已悄然成为一种老旧的设计方法,但仍有必要澄清其中所蕴含的二阶效应本质,给出等效长度l_0的合理取值,达到完善η-l_0设计方法的目的。与此同时,美国规范有关二阶效应的设计方法已相当成熟并被各国工程界采纳,因此我们有必要借鉴美国规范的设计理念,通过折减刚度考虑材料非线性,引入考虑刚度折减的弹性二阶分析方法,从而在结构分析层面上解决二阶效应问题,将二阶效应计算还原到结构分析中,改变以往规范只能在截面承载力设计中考虑二阶效应不利影响的做法。基于以上原因,本论文展开系列研究工作并取得以下研究成果:(1)阐明美国《ACI 318-14》规范有关二阶效应附加作用的设计思想和指导准则,分析美国规范提出关于有侧移和无侧移结构的弯矩增大系数法。同时,论证我国适用于排架结构的η-l_0法的合理性,并利用弯矩增大系数η的轴力表达式反算等效长度l_0。(2)以国家标准图集为参考,在团队之前的单跨排架结构研究的基础上,设计出108个具有典型实际工程意义的两跨排架结构。分析排架结构承受的各类荷载及其作用方式,按照新版荷载规范进行荷载组合并通过弹性二阶分析结果确定各个截面对应的最不利荷载组合。(3)对108个两跨排架算例在各柱段对应的最不利荷载组合下进行弹性一阶和弹性二阶分析,求出对应的弯矩增大系数η和等效长度l_0。通过控制单一变量的方法,考察跨度、吊车吨位、风荷载和上下柱高比β对各柱段二阶效应附加作用的影响规律并阐明原因。(4)归纳总结所有两跨排架算例中各柱段对应的弯矩增大系数η和等效长度l_0的分布规律,兼顾效率和精度之间的平衡关系,提出具有工程实用性的等效长度系数取值建议:边柱上柱取3.5;边柱下柱取2.7;中柱上柱取1;中柱下柱取1.7。同时,从概念上阐释等效长度l_0与现行规范取值间的关系,达到澄清和完善η-l_0法的目的。(5)阐明排架结构在承载能力极限状态下表现出的材料非线性与几何非线性特征。对两跨排架结构进行非线性二阶分析,对比弹性二阶与非线性二阶的分析结果,参考美国规范通过折减刚度考虑材料非线性的方法,以结构整体二阶效应等效为前提条件,计算出合理的刚度折减系数α。(6)综合分析34个具有代表性的两跨排架结构的刚度折减系数分布规律,提出具有工程实用性的刚度折减系数α=0.85的取值建议。最后将两跨排架结构刚度按建议值折减后求得的弹性二阶分析结果与非线性二阶分析结果对比,验证取值建议的合理性。
【关键词】：排架结构 二阶效应设计方法 等效长度 刚度折减系数
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU375
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-13
• 主要符号13-14
• 1 绪论14-24
• 1.1 二阶效应的基本概念和设计方法14-15
• 1.2 η-l_0法15-17
• 1.2.1 基本思路15-16
• 1.2.2 弯矩增大系数的表达式16-17
• 1.3 美国《ACI 318-14》规范有关二阶效应的准则17-19
• 1.3.1 关于有支撑和无支撑的准则18
• 1.3.2 关于忽略长细效应的准则18
• 1.3.3 关于无侧移结构的弯矩增大法18-19
• 1.3.4 关于有侧移结构的弯矩增大法19
• 1.4 国内外二阶效应的研究概况19-21
• 1.5 本论文的研究目的与内容21-24
• 2 排架结构二阶效应分析方法24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 分析方法与软件24-26
• 2.2.1 分析思路25
• 2.2.2 排架结构等效长度的计算公式25-26
• 2.2.3 分析软件26
• 2.3 排架建模参数26-31
• 2.3.1 分析模型27
• 2.3.2 模型参数27-31
• 2.4 排架结构的荷载31-34
• 2.5 最不利荷载组合的确定34-37
• 2.5.1 荷载组合34-35
• 2.5.2 内力组合35-37
• 2.6 本章小结37-38
• 3 排架结构二阶效应规律及其等效长度38-90
• 3.1 引言38
• 3.2 算例参数及筛选38-44
• 3.2.1 算例编号38-39
• 3.2.2 选择对比算例39-44
• 3.3 两跨排架结构边柱上柱二阶效应规律44-56
• 3.3.1 计算结果44-47
• 3.3.2 跨度和吊车吨位的影响分析47-50
• 3.3.3 风荷载的影响分析50-53
• 3.3.4 上下柱高比的影响分析53-56
• 3.4 两跨排架结构边柱下柱二阶效应规律56-69
• 3.4.1 计算结果56-59
• 3.4.2 跨度和吊车吨位的影响分析59-62
• 3.4.3 风荷载的影响分析62-65
• 3.4.4 上下柱高比的影响分析65-69
• 3.5 两跨排架结构中柱上柱二阶效应规律69-71
• 3.5.1 计算结果69-71
• 3.6 两跨排架结构中柱下柱二阶效应规律71-84
• 3.6.1 计算结果71-74
• 3.6.2 跨度和吊车吨位的影响分析74-77
• 3.6.3 风荷载的影响分析77-80
• 3.6.4 上下柱高比的影响分析80-84
• 3.7 考虑工程实用性的等效长度系数取值建议84-89
• 3.7.1 数据图表84-88
• 3.7.2 取值建议88-89
• 3.8 本章小结89-90
• 4 对排架结构刚度折减系数的研究90-106
• 4.1 引言90-91
• 4.2 排架结构折减刚度的基本原理和分析程序91-95
• 4.2.1 几何非线性和材料非线性91
• 4.2.2 排架结折减刚度的基本原理91-93
• 4.2.3 分析程序简介93-95
• 4.3 两跨排架结构刚度折减系数的分析过程95-98
• 4.3.1 有关荷载的分析方案95-96
• 4.3.2 分析过程关键点概述96-97
• 4.3.3 计算刚度折减系数的方法97-98
• 4.4 两跨排架结构刚度折减系数的取值建议98-105
• 4.4.1 计算结果与分析98-103
• 4.4.2 刚度折减系数取值建议103-104
• 4.4.3 验证建议值的合理性104-105
• 4.5 本章小结105-106
• 5 结论与展望106-108
• 5.1 主要结论106-107
• 5.2 后续工作的展望107-108
• 致谢108-110
• 参考文献110-112

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