高等钢结构--张其林ppt课件

精选ppt,高等钢结构,张其林2013年11月15日,杆系结构稳定理论,精选ppt,72mx120m煤棚整体失稳,河南安阳信益电子玻璃有限公司工地架脚手架,精选ppt,河南省体育馆（九级风屋面破坏）,山东兖州一厂房,精选ppt,上海安亭镇某厂房,福清市54m厂房,金属拱型波纹屋面反对称失稳,精选ppt,宁波北仑区小港镇一39.8m跨度厂房,精选ppt,精选ppt,精选ppt,精选ppt,精选ppt,精选ppt,精选ppt,一、结构稳定问题的基本类型二、框架的稳定设计三、网壳的稳定设计四、钢结构构件的整体稳定设计五、普通钢结构构件的局部稳定（GB50017）六、冷弯型钢结构构件的局部稳定（GB50018）,精选ppt,一、结构稳定问题的基本类型,精选ppt,整体稳定问题：系统失稳局部稳定问题：系统中部分失稳整体稳定和局部稳定的相互作用框架的稳定问题框架整体失稳整体稳定问题框架中部分梁柱构件失稳框架中的局部稳定、构件的整体稳定问题框架中部分梁柱构件中的板件失稳局部稳定问题网壳的稳定问题网壳整体失稳整体稳定问题网壳部分杆件失稳网壳中的局部稳定、构件的整体稳定问题网壳中部分杆件中的板件失稳局部稳定问题,精选ppt,（一）屈曲现象及分析理论（二）计算长度概念（三）等效弯矩概念（四）GB50017关于框架计算的若干规定,二、框架的稳定设计,精选ppt,一阶线性分析,分枝型屈曲分析弹性稳定问题,二阶弹性分析弹性稳定问题,二阶弹塑性分析弹塑性稳定问题,（一）屈曲现象及分析理论,强支撑对称失稳,无支撑反对称失稳,弱支撑不对称失稳,精选ppt,设计目的：外荷载Pu。设计方法：对各荷载组合进行二阶弹塑性分析,根据可靠度理论考虑抗力分项系数。计算复杂，耗时，难以应用。抗力分项系数难以确定。框架计算一般构件计算理想构件（理想内力+理想边界）杆端内力一阶线性分析等效弯矩系数构件长度分枝型屈曲分析得出计算长度理想构件等效弯矩计算长度计算设计简单易行通过考虑构件的抗力分项系数回避了结构整体的抗力分项系数。,精选ppt,（二）计算长度概念1.基本概念,原则：具有实际边界的构件和具有计算长度的理想边界构件的屈曲荷载相等。,精选ppt,2.存在问题有侧移情况：,精选ppt,无侧移情况：,精选ppt,与荷载分布有关；#首先失稳柱子的计算长度取值合理；#其他不失稳柱子为该柱提供了0的有利边界约束，但其计算长度取值不合理（例如：P=0时=）。,假定同时失稳独立计算与荷载分布无关,有侧移无侧移,精选ppt,有侧移和无侧移框架计算长度确定的基本假定：同列柱同时屈曲。同一层各横梁段分大小相等，方向相反（无侧移）或方向相同（有侧移）。屈曲时节点处产生的梁端不平衡力矩按节点处的线刚度正比例地分配给柱端。,特点：排除了荷载与周边柱列刚度对本柱子屈曲的影响，大部分情况下偏于安全，某些情况下不安全。,3.规范方法,精选ppt,有侧移:m1=2,m2=,(m1=2,m2=1.8142.694)无侧移:m1=0.7,m2=1.0,(m1=0.7,m2=1),对所有柱均采用计算长度系数进行设计才能保证结构安全！,精选ppt,无支撑的纯框架有侧移框架强支撑框架无侧移框架有支撑框架弱支撑框架介于无侧移和有侧移框架之间,分别为按无侧移框架和有侧移框架计算长度计算得到的轴压承载力。,无支撑有侧移反对称,弱支撑不对称,强支撑无侧移对称,精选ppt,无侧移多层刚架,节点A、B的平衡方程：,精选ppt,有侧移多层框架,节点A、B弯矩和AB柱水平剪力平衡：,精选ppt,无支撑的纯框架采用一阶内力分析时，计算长度按有侧移框架取用；采用二阶内力分析时，计算长度取1.0有支撑框架强支撑框架，计算长度按无侧移框架取用；弱支撑框架，柱子稳定系数插值取用：,分别为用无侧移框架和有侧移框架计算长度系数得到的轴压杆稳定系数,计算长度取值规定,精选ppt,4、结论和问题第二类稳定问题的计算和分析必须采用考虑结构二阶效应的理论方法。现行规范方法通过计算长度系数概念避免了结构的二阶分析，通过计算长度+一阶内力来进行框架柱和框架的稳定设计，对无支撑框架也允许按计算长度系数为1+二阶内力进行稳定设计。第二类稳定问题的计算：引入初始缺陷（规范通过假想力Hni考虑）+进行准确的二阶内力分析+验算截面强度（+挠度验算）。对于无支撑纯框架，规范为什么规定还应按计算长度系数为1计算稳定系数，再按公式进行验算？P效应和P效应。,当柱子仅采用一个单元进行计算时，相当于未考虑P效应及柱身缺陷，所以应按Perry公式计算截面强度，相当于取=1计算后进行构件验算。,精选ppt,上式中，当M=0时，构件轴力应满足计算长度系数等于1.0时的构件轴心受压稳定极限承载力的要求，即：,计算得到e*，回代入式进行整理后可得：,当柱子采用两个以上单元进行计算，并考虑Hni或杆身缺陷，可直接按二阶最大内力验算强度（+挠度验算）来完成其稳定性计算。,Perry公式：,精选ppt,（三）等效弯矩概念1.压弯构件的转角位移方程,记：，平衡方程：解：,精选ppt,2.时的构件最大弯矩,精选ppt,令MBM1，MAM2,MMAX相等,精选ppt,3.时的构件最大弯矩,精选ppt,，,，记,多个集中荷载时，取1.0,4.当时,精选ppt,(四)GB50017关于框架计算的若干规定,1.框架结构的内力分析*一阶弹性分析；*对的框架宜采用二阶弹性分析，在每层柱顶附加假想水平力,：所计算楼层轴力设计值之和：所计算楼层及以上各层水平力之和Qi：第i楼层总重力荷载设计值；ns：框架总层数，根号内数大于1时取1；ay：钢材强度影响系数。,框架较柔，宜计算非线性效应，采用H考虑各类初始缺陷的影响,楼层处的侧向刚度：截面刚度+应力刚度截面刚度：应力刚度：（负值）,精选ppt,*无支撑的纯框架可采用近似方法计算二阶弹性杆端弯矩,一阶分析得到MIb,一阶分析得到MIs,精选ppt,2.柱子稳定设计规定,*无支撑的纯框架采用一阶内力分析时，计算长度按有侧移框架取用；采用二阶内力分析时，计算长度取1.0*有支撑框架门槛侧移刚度：,分别为用无侧移框架和有侧移框架计算得到的轴压杆稳定承载力之和,SbS0时为强支撑框架，计算长度按无侧移框架取用；Sb0.673b=w(部分截面有效),关键是确定各类板件屈曲系数k;fmax取f（强度设计值）或（fy）是偏安全，精确方法需要用板件的实际应力fmax以迭代法求有效宽度b。,精选ppt,（6）各类板件屈曲系数(bucklingcoefficient)k,精选ppt,注：1）符号说明：SS简支边，FX固定边，FE自由边；2）表中8、9项k值取自GBJ18规范修订稿。1011项取自欧洲规范。3），1=板件边缘压应力（压为正），2=板件另一边缘应（压为正，拉为负）,精选ppt,（7）有效面积分布,*均匀受压加劲板件（对称分布于二边）,*均匀受压未加劲板件（分布于加劲一边）,精选ppt,*均匀受压边缘加劲板有效宽度分布,*非均匀受压加劲板有效宽度分布（Erocode3）,精选ppt,（三）中国规范GB50018的设计计算公式,轴压杆：,（Ae=bet为截面有效面积）,压弯杆（平面内稳定性）：,（Ae、We为有效面积及有效截面抵抗矩）,系数按毛截面计算。,1.构件验算取有效截面,精选ppt,2.中国规范GB50018有效宽度be计算方法,（1）修订后的GB50018有效宽度be计算特点：*用计算公式代替查表方法;*公式中板件屈曲系数考虑板组相关影响。,（2）有效宽度be计算：GB50018对加劲板,部分加劲板和非加劲板的有效宽度be均按以下统一公式计算，但公式分为三段，即：当b/t时，,be/t=bc/t,当18b/t38时：,当b/t38时：,精选ppt,(3)板件计算系数，和受压区bC的确定：*计算系数：=1.15-0.15,当0时：k=1.70-3.025+1.752；0-0.4时:k=1.70-1.75+552；-0.4-1时:k=6.07-9.51+8.332当最大压应力在自由边时:-1：k=6.07-9.51+8.332以上各式中当1.1时：,式中:b=计算板件的宽度;c=与计算板件相邻的板件宽度,若两边有相邻板时,则取压应力较大一边的相邻板宽度;k=计算板件为单板时的屈曲系数;kc=相邻板件为单板时的屈曲系数;,精选ppt,二、刚架构件的屈曲后强度计算,1.构造要求,轻型厂房门式刚架的设计中，一般均要利用柱和梁腹板的屈曲后强度。利用屈曲后强度的公式有一定适用范围，构件几何尺寸应符合下列要求：,(1)腹板应为直线变化，变化率（楔率）60mm/m；(2)板件宽厚比限值：,精选ppt,2.受压和受弯腹板的有效宽度门钢规程第6.1.1条,利用屈曲后强度时，应按有效宽度计算其截面几何特性。,当腹板全部受压时：,当腹板部分受拉时，受拉区全部有效，受压区有效宽度为：,he腹板受压区有效宽度；有效宽度系数；hc腹板受压区高度。,二、刚架构件的屈曲后强度计算,精选ppt,精选ppt,(1)腹板两边缘的压应力分布不均匀系数,腹板板件边缘中压应力较大的值，取为正；腹板板件另侧边缘的应力，以压为正，拉为负,(2)受压板件稳定系数,(3)计算参数,精选ppt,(4)有效宽度系数,(5)腹板受压区的有效宽度,(6)腹板有效宽度的分布,当截面全部受压，即0时,当截面部分受拉，即0时,精选ppt,其实代表了正则化的板件宽厚比,理解参数,理解参数,腹板应力状态的影响,屈服强度的影响,精选ppt,有效宽度系数,-hw/tw关系曲线为3段直线,越小，-hw/tw关系曲线越低；有效宽度越小。,精选ppt,3.受剪腹板的有效宽度,(1)计算板件受剪时的局部稳定系数,(2)参数,(3)腹板屈曲后的抗剪强度,二、刚架构件的屈曲后强度计算,(4)腹板的抗剪承载力,精选ppt,其实代表了正则化的板件宽厚比,理解参数,理解参数,腹板板副长宽比的影响,屈服强度的影响,精选ppt,有效宽度系数,-hw/tw关系曲线为3段直线,越小，-hw/tw关系曲线越低；有效宽度越小。,精选ppt,七、算例和实例,（1）计算长度方法线性内力分析+计算长度（2）二阶弹性分析方法几何非线性内力分析+计算长度系数1.0；极限荷载安全系数Ke（3）极限承载力分析方法几何物理双非线性分析；极限荷载安全系数Kep,1.简单模型的设计方法比较,精选ppt,参数计算与比较分析,刚性结构,柔性结构,ElMa一阶弹性+计算长度；SOEA二阶弹性+计算长度；DMSSRT二阶弹塑性方法,精选ppt,刚性结构,柔性结构,精选ppt,刚性结构,柔性结构,精选ppt,计算长度方法计算长度确定：规则结构可按规范确定；不规则结构，可按特征值分析确定。对于刚度较大的结构，结果合理。对于刚度较柔的结构，误差较大。原因：较柔的结构，线性内力造成很大误差。二阶弹性分析方法对于规则结构，结果合理。对于刚度较柔的不规则结构，构件长细比较大时会产生较大误差。原因：P-效应误差，细分单元会得到较好结果。极限承载力分析方法是体系稳定设计的大方向，需要研究抗力分项系数R。,结论:,精选ppt,2.吉林速滑馆悬索屋盖梁的稳定设计,精选ppt,拱梁平面外失稳拱梁平面内整体失稳,结构第一屈曲模态：下部拱梁平面外的弯扭失稳，按压弯构件的稳定设计公式进行构件的稳定验算，不是浅拱的整体稳定问题。结构第一屈曲模态：下部拱梁的平面内整体失稳，参照网壳结构规程考虑几何缺陷进行几何非线性极限承载力计算，考虑4.2的安全系数，必要时宜进行弹塑性极限承载力计算。,屈曲分析获得失稳类别：,精选ppt,3.世博轴外桅杆的稳定设计,上下铰接的三管桁架柱轴心受压柱原设计：三管桁架+三外侧封板构成了三角形实腹式截面稳定控制、截面较小（业主语：腰身苗条、小姑娘）修改为三管桁架后，设计单位按空间结构设计稳定，取安全系数4