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半刚性连接刚架柱计算长度系数的研究

郝金  
【摘要】:在钢框架柱的稳定设计中,需用到构件的计算长度l_0,计算长度l_0=μl_c,系数μ称为计算长度系数。对于刚接钢框架,我国现行钢结构设计规范(GB50017-2003)已给出了具体的计算结果和表格。然而,实践中使用的连接的刚度,并非完全刚接或者铰接,都是处于二者之间,即所谓的半刚性连接。现行钢结构设计规范对于梁柱半刚性连接这一类型的刚架柱计算长度只有一般性条文描述,没有具体的计算结果和表格,因此,如何确定半刚性连接刚架柱计算长度这一问题对保证钢框架设计的合理性具有重要的意义。 现行的计算长度系数是在一定的假设条件下推导出来的,没有充分考虑影响框架柱的计算长度系数的因素,因此本文分析了影响柱子计算长度系数的各种可能因素;深入研究了半刚性对钢框架柱计算长度系数的影响。由两端半刚性轴心受压构件的平衡方程推导得出了两端半刚性连接有侧移和无侧移轴心受压构件的屈曲方程,并利用matlab软件求解了该方程,得出了单根构件在不同约束条件下的计算长度系数值;采用近似法,利用转角位移方程及三柱框架模型推导得出了具有半刚性约束节点的无侧移及有侧移钢框架柱的计算长度系数公式,应用时,当刚性连接与半刚性连接条件下得出的计算长度值的相对误差小于5%时,可忽略半刚性的影响。并通过修正公式考虑了当框架柱并非同时失稳导致柱临界承载力与框架整体失稳时柱的实际受力不符的问题。 研究结果表明:对于有侧移钢框架来说,半刚性对其计算长度系数的影响明显高于无侧移钢框架;柱与基础铰接时半刚性对计算长度系数的影响要高于柱与基础刚接时;半刚性对顶层框架柱的影响要高于底层。本文考虑半刚性影响求出的计算长度系数,不仅可使结构设计更安全合理,更能符合结构的实际受力情况。


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