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《重庆大学》 2003年
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基于结构极限承载力的轻型钢框架结构的计算理论及应用研究

刘坚  
【摘要】: 钢结构具有轻质高强、抗震性能好、工业化程度高、施工速度快、符合环保要求、符合可持续发展概念和科技含量较高等优点,随着我国实行积极采用钢结构的政策以及我国钢总产量进一步提高,建筑钢结构得到迅速的发展,特别是在住宅、办公和旅馆等钢结构建筑中得到越来越广泛的运用。在建筑钢结构中,钢框架结构是一种多高层建筑常用的结构形式,但钢框架结构容易失稳,另一方面,钢结构设计方法存在着结构弹性内力分析与构件弹塑性极限状态设计、把强度与稳定分开来进行设计等不合理现象,因此,对解决以上问题进行研究具有理论和现实意义。 随着多高层轻型钢框架的广泛应用,它的设计理论与方法是目前学术界和工程界普遍关注的热点问题。虽然人们已对多高层钢结构的空间静、动力特性进行了大量研究,但由于涉及因素很多,十分复杂,至今许多问题尚未圆满解决,特别是多高层轻型钢框架二阶非弹性分析的计算理论和方法。在计算机迅速发展的时代,使得人们在进行试验研究的同时,有可能通过理论分析进一步认识和发展多高层轻型钢框架二阶非弹性的计算理论,建立基于结构极限承载力的设计理论和方法,研究有效和实用的方法,以达到为轻型钢结构工程设计服务的目的。在分析国内、外有关研究成果基础上,本文主要研究和探讨了基于结构极限承载力的轻型钢框结构架计算理论和应用,重点研究和建立了轻型钢框架结构二阶非弹性分析方法和基于结构极限承载力的计算理论和设计方法。采用计算机高级编程语言,实现了可完成以上理论分析的数值分析计算程序,为轻型钢框架的二阶非弹性分析及基于结构极限承载力的设计方法提供了方便实用的应用工具和手段。通过算例和ANSYS软件论证了本文方法的实用性、有效性和可靠性,并且对基于遗传算法的多高层轻型钢框架优化设计方法也进行了研究。论文主要工作和主要结论如下: (1)根据连续介质力学理论,建立了考虑剪切变形效应的基于稳定插值函数 的多高层轻型空间钢框架几何非线性分析的有限元模型;利用修正的拉格朗日列式,从增量虚功平衡方程出发,推导了钢框架结构梁柱单元空间二阶弹性分析的刚度矩阵;研究了基于稳定插值函数考虑剪切变形效应的钢框架空间几何非线性分析的梁柱理论模型。在‘拉弯模型’基础上,首次提出了扭转翘曲稳定函数的概念和计算公式,并推导了基于扭转翘曲稳定插值函数的开口轻型薄壁梁柱单元的扭转翘曲刚度矩阵;同时提出了侧扭几何刚度矩阵; (2)基于平面精细化塑性铰模型,考虑梁柱构件的剪切变形、侧扭变形、翘曲 WP=6 变形、 效应、残余应力、几何初始缺陷和材料渐进屈服等影响后,把平面钢框架精细化塑性铰法推广应用到轻型框架空间二阶非弹性分析中;把有限元法与梁柱理论法结合起来,提出了一种新的轻型钢框架空间二阶精细化塑性铰分析法;建立轻型钢框架结构极限承载力的设计方法;研制了基于精细化塑性铰概念的轻型钢框架空间二阶非弹性分析软件,成功地实现了轻型钢框架结构空间二阶非弹性分析及基于结构极限承载力的设计方法。通过ANSYS软件实现了轻型钢框架空间二阶塑性区分析,同时还与一些试验结果及算例进行了对比,利用这些方法验证了本文提出的理论和方法的正确性及精度。 (3)针对目前各种连接模型都存在一定缺陷,提出基于神经网络BP算法的半刚性连接节点 计算模型。推导了半刚性连接轻型钢框架结构空间二阶非弹性分析新的切线刚度矩阵,建立半刚性连接轻型钢框架结构空间二阶非弹性分析和结构极限承载力设计新的计算方法。在考虑节点半刚性连接、 效应和剪切变形之后,提出了柔性连接多高层轻型钢框架结构自振周期的简化计算公式,这使采用底部剪力法在计算柔性连接多高层轻型钢框架地震作用时,更加符合半刚性连接多高层轻型钢框架的实际受力和变形特点。 (4)结合本文轻型钢框架的二阶非弹性分析的计算理论和方法及结构极限承载力的设计方法,将遗传算法引入轻型钢框架结构的优化设计中,这为合理地进行轻型钢框架结构工程设计提供了有利的工程指导。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TU392.5

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 张俊峰;王利娟;郝际平;李天;;几何非线性新梁柱单元及结构程序设计[J];四川建筑科学研究;2011年04期
2 张俊峰;楚留声;李天;郝际平;;考虑剪切变形的空间薄壁梁柱单元[J];郑州大学学报(理学版);2010年02期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 卫星;钢筋混凝土肋拱二阶设计方法研究[D];西南交通大学;2005年
2 王连坤;基于薄壁构件理论的空间钢框架高等分析方法研究[D];西安建筑科技大学;2008年
3 张俊峰;钢框架高等分析研究及面向对象的程序设计[D];西安建筑科技大学;2008年
4 金声;开口薄壁构件的单肢解析化分析[D];重庆大学;2009年
5 文颖;结构稳定极限承载力分析的力素增量方法[D];中南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 张祖辉;袋式除尘器结构非线性分析优化研究与应用[D];南昌大学;2011年
2 袁征;考虑实际活荷载分布的钢框架住宅高等分析[D];郑州大学;2006年
3 杨乐;基于遗传算法的门式刚架塑性优化设计研究[D];天津大学;2007年
4 孙哲;复杂钢框架结构非线性整体稳定分析[D];华中科技大学;2007年
5 董庆;高层钢框架结构整体稳定性研究[D];南京林业大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 刘小强,吴惠弼;高层钢框架的非线性分析模型[J];工程力学;1993年04期
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6 王国周;赵文蔚;王珊;胡军;陈文渊;;残余应力对钢压杆承载力的影响[J];钢结构;1986年01期
7 舒兴平,尚守平;平面钢框架结构二阶弹塑性分析[J];钢结构;2000年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 舒兴平;陈绍蕃;;钢框架结构二阶弹性精确分析及简化方法[A];钢结构工程研究(三)——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2000年学术交流会论文集[C];2000年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张洁,李国强;钢结构在我国高层建筑中应用现状的述评(上)[J];四川建筑科学研究;1999年02期
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3 梁建国,湛华;挑梁根部设钢筋混凝土柱时设计计算方法[J];四川建筑科学研究;2001年04期
4 梁远森,徐建设,王步,李颖清;钢结构受弯构件塑性利用中的过度塑性变形问题[J];四川建筑科学研究;2003年01期
5 李扬,高日,晏景通;自重对索网结构找形的影响[J];四川建筑科学研究;2003年02期
6 郑浩,王全凤;L-M算法在高层结构体系选型中的应用[J];四川建筑科学研究;2003年03期
7 蒋运林,熊猛;高层建筑钢结构的特点及其在我国的发展与展望[J];四川建筑科学研究;2003年03期
8 吴杰,张其林,杨永华;预应力桁架优化设计[J];四川建筑科学研究;2004年01期
9 余志祥,蔡宏儒;索网结构有限元找形与参数分析[J];四川建筑科学研究;2004年02期
10 谢涛,蒋泽中;边坡系统稳定性多模型综合评价[J];四川建筑科学研究;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 韩啸;侯文彬;毕振军;胡平;;车身骨架梁结构材料刚度特性的理论解析与数值模拟[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
2 姚勇;褚云朋;邓勇军;徐斌;;低层冷弯薄壁型钢结构体系动静性能数值模拟[A];第七届海峡两岸工程力学研讨会论文摘要集[C];2011年
3 齐继阳;竺长安;曾议;;基于遗传禁忌混合搜索算法的设备布局研究[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
4 李泽;;支承于树状柱上的网壳设计研究[A];'2011全国钢结构学术年会论文集[C];2011年
5 张鹏;舒赣平;;某不规则单层折板网壳结构稳定性分析[A];'2011全国钢结构学术年会论文集[C];2011年
6 范峰;严佳川;曹正罡;;考虑杆件初弯曲的Kiewitt8单层网壳稳定承载力计算方法[A];'2011全国钢结构学术年会论文集[C];2011年
7 丁婷;崔红涛;;遗传算法在智能天线扇区波束赋形及阵元失效补偿中的应用[A];经济策论(上)[C];2011年
8 李辉;孙利平;雷龙;;板簧支架动态外载的计算和疲劳分析[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集(下)[C];2011年
9 高尚;江新姿;汤可宗;;蚁群算法与遗传算法的混合算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 程远林;李茂军;;基于小生境遗传算法的配电网电容器优化配置[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张亚娟;适应性企业战略协同机制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谭枫;介入式文化算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 武心安;未知环境下自主式水下潜器路径规划问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 王蕊;无线传感器网络部署与拓扑控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 闫丽梅;高层建筑结构自由振动分析的ODE方法[D];河南理工大学;2010年
2 薛志鹏;断层活化导致井巷破坏的数值模拟分析[D];河南理工大学;2010年
3 蒋建军;二维超声无磨料抛光工艺参数优选试验研究[D];河南理工大学;2010年
4 梁峰;瞬时液相扩散连接及其热应力有限元模拟研究[D];河南理工大学;2010年
5 王浩锋;基于BP神经网络的航段安全评估研究[D];中国工程物理研究院;2010年
6 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
7 代宏伟;布里渊散射水下探测目标的自动识别[D];南昌航空大学;2010年
8 张学武;基于磁控技术的TIG焊残余应力的研究[D];南昌航空大学;2010年
9 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
10 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈栋,朱慈勉;TL法和UL法对几何非线性桁架问题的适用性[J];四川建筑科学研究;2000年03期
2 程进,江见鲸,肖汝诚,项海帆;结构非线性平衡路线跟踪算法的探讨[J];四川建筑科学研究;2002年01期
3 段海娟,周益云,苏国韶;拱结构空间几何非线性分析的曲梁单元[J];四川建筑科学研究;2002年02期
4 郭士雄,李国强;钢结构设计中对ANSYS的二次开发[J];四川建筑科学研究;2005年02期
5 刘磊,许克宾;结构分析中的曲梁单元[J];北方交通大学学报;2002年04期
6 于军,赵罡;燃煤锅炉袋式除尘技术发展与应用前景[J];节能与环保;2005年05期
7 秦桦;;钢结构房屋稳定问题浅析[J];中华建设;2009年09期
8 邓继华;蔡松柏;;平面桁架的几何非线性有限元分析[J];长沙交通学院学报;2005年04期
9 曾庆元;簿壁梁和柱极限荷载的空间分析法[J];长沙铁道学院学报;1987年03期
10 周文伟,曾庆元;空间曲梁几何非线性有限元法分析[J];长沙铁道学院学报;1998年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 盛兴旺;预应力混凝土斜交箱形梁分析理论与试验研究[D];中南大学;2000年
2 唐文艳;结构优化中的遗传算法研究和应用[D];大连理工大学;2002年
3 王孟鸿;三维空间钢结构高级分析理论与应用[D];西安建筑科技大学;2003年
4 覃光华;人工神经网络技术及其应用[D];四川大学;2003年
5 韦成龙;大跨度板桁结合主梁斜拉桥极限承载力分析[D];中南大学;2004年
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8 夏桂云;预应力混凝土箱梁承载力与裂缝研究[D];中南大学;2006年
9 张俊峰;钢框架高等分析研究及面向对象的程序设计[D];西安建筑科技大学;2008年
10 刘永华;空间钢框架高等分析方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韦建刚;钢管混凝土对称弯压拱分支点失稳问题研究[D];福州大学;2002年
2 曾铁梁;钢筋混凝土铰支柱与框架柱二阶效应研究[D];湖南大学;2002年
3 李刚;基于神经网络的单桩竖向承载力预测[D];西安建筑科技大学;2003年
4 黄冀卓;基于遗传算法的钢结构截面优化[D];汕头大学;2003年
5 王玉琴;钢框架的承载能力分析[D];西安建筑科技大学;2004年
6 韩玲;经验遗传算法及其应用研究[D];北京工业大学;2004年
7 束炜;门式刚架轻钢结构的优化设计与模态有限元分析[D];合肥工业大学;2004年
8 高明辉;河南地区住宅钢结构构件加工几何特性调查与统计模型研究[D];郑州大学;2004年
9 葛素娟;中原地区住宅建筑结构荷载调查与统计模型研究[D];郑州大学;2004年
10 任惠巧;大型电除尘器钢结构立柱部件有限元优化分析[D];太原理工大学;2005年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张俊峰;王利娟;郝际平;李天;;几何非线性新梁柱单元及结构程序设计[J];四川建筑科学研究;2011年04期
2 卫星;李俊;李小珍;强士中;;考虑二阶效应的拱结构面内弹性屈曲[J];工程力学;2007年01期
3 王连坤;张俊峰;郝际平;;空间钢框架高等分析的塑性区方法研究[J];钢结构;2010年09期
4 卫星;肖国亮;;基于BP神经网络的钢-混组合结构PBL剪力键承载力[J];公路交通科技;2011年10期
5 王连坤;王孟鸿;郝际平;;考虑翘曲变形的空间钢框架修正塑性铰模型[J];广西大学学报(自然科学版);2010年04期
6 宋晓东;吴定俊;李奇;;考虑翘曲的轨道交通新型U形梁应力分析[J];结构工程师;2011年05期
7 张俊峰;郝际平;王连坤;;几何材料非线性分析的新空间梁柱单元[J];土木建筑与环境工程;2009年03期
8 张彩芬;;工程机械钢结构设计与结构优化的有限元分析的应用[J];制造业自动化;2012年07期
9 任巍峰;;钢管混凝土连续梁拱桥材料非线性影响分析[J];铁道勘测与设计;2012年03期
10 张俊峰;郝际平;;精细塑性铰法理论研究及面向对象程序设计[J];华中科技大学学报(城市科学版);2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 何昭仁;张文元;;钢框架高等分析和现行简化设计方法在应用中的问题综述[A];钢结构工程研究⑧——中国钢协结构稳定与疲劳分会第12届(ASSF-2010)学术交流会暨教学研讨会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
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2 李松;钢筋混凝土拱肋稳定极限承载力研究[D];西南交通大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴俊杰;混凝土核心筒与外钢框架施工误差的产生机理与控制技术研究[D];浙江工业大学;2010年
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3 黄朝煊;薄高拱坝坝体屈曲稳定初探[D];西北农林科技大学;2011年
4 汪奇备;钢结构高等分析及程序的开发[D];广州大学;2011年
5 曾凡球;大跨度弦支穹顶结构的静力及动力稳定性分析[D];南昌大学;2011年
6 许长青;采用缆索吊装施工的钢筋混凝土箱形拱桥的横向刚度及耐久性分析[D];西南交通大学;2007年
7 冯浩雄;“释能法”加固钢筋混凝土拱桥结构性能研究[D];重庆交通大学;2008年
8 张兴标;连续梁拱组合桥主拱稳定性研究[D];西南交通大学;2009年
9 王涛;多层钢框架结构整体稳定分析[D];西安科技大学;2010年
10 董庆;高层钢框架结构整体稳定性研究[D];南京林业大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 舒兴平,沈蒲生;空间钢框架结构的非线性全过程分析[J];工程力学;1997年03期
9 陈琢如;;我国高层钢结构房屋及用钢概况[J];钢结构;1986年02期
10 舒兴平,沈蒲生;平面钢框架结构二阶效应的有限变形理论分析[J];钢结构;1999年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨锐玲;朱以文;;钢结构构件高温极限承载力实用计算方法[J];武汉大学学报(工学版);2010年03期
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3 郭猛;姚谦峰;;框架-密肋复合墙结构新体系研究[J];地震工程与工程振动;2009年05期
4 韩建强;李振宝;宋佳;刘春阳;;预应力装配加固混凝土框架结构抗震性能研究[J];工业建筑;2010年05期
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5 周全智;韩庆华;刘锡良;谢国昂;;压、弯、剪共同作用下焊接球节点的承载力分析[A];第五届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2005年
6 王秀丽;吴霞;;带加强环大直径鼓型钢管节点极限承载力分析[A];第六届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2006年
7 陈树华;侯钢领;刘占省;;网架极限承载力分析及其体系可靠度评价[A];第17届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2008年
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10 完海鹰;赵剑云;;考虑节点约束影响的网壳结构分析[A];第八届空间结构学术会议论文集[C];1997年
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3 武警8690部队 顾桃林;提升我们的“二阶意志”[N];解放军报;2011年
4 记者 易军魁;孔玉芳会见日本众议院议员二阶俊博[N];河南日报;2009年
5 朱洪光;沈阳最高框架结构拐角楼成功爆破[N];中煤地质报;2007年
6 安国强于海涛;青岛客站框架结构主体施工进入冲刺阶段[N];人民铁道;2007年
7 记者 朱波;5层大楼5天“搬家”57米[N];长江日报;2008年
8 记者 郭靖 通讯员 王人扬;节能建筑向粘土砖瓦说“不”[N];宁波日报;2005年
9 孙晓蓉张齐;戴秉国在筑会见二阶俊博一行[N];贵州日报;2007年
10 姚俊芳;浅议财务理论体系的框架结构[N];山西日报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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6 黄弘读;采用虚拟层合单元法分析钢筋混凝土结构的极限承载能力[D];浙江大学;2001年
7 杨晓明;索拱结构体型及稳定性研究[D];西安建筑科技大学;2005年
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9 康孝先;大跨度钢桥极限承载力计算理论与试验研究[D];西南交通大学;2009年
10 姜文超;城镇地区水资源(极限)承载力及其量化方法与应用研究[D];重庆大学;2004年
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1 刘任远;无粘结预应力混凝土框架结构设计研究[D];西南交通大学;2006年
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3 汤夕春;残余应力对H型钢梁柱构件极限承载力影响研究[D];武汉理工大学;2006年
4 李航;松花江漫滩地区静压预应力管桩竖向承载力研究[D];东北林业大学;2009年
5 丁焕龙;型钢混凝土柱双向偏心受压正截面承载力研究[D];西安建筑科技大学;2009年
6 付传飞;硬壳层软土地基工程特性研究[D];长沙理工大学;2009年
7 盖卫明;大跨度钢桁拱桥的稳定与极限承载力研究[D];中南大学;2009年
8 谢东平;卷边槽钢桁架K型间隙节点的极限承载力[D];西安建筑科技大学;2003年
9 杨吴生;钢管活性粉末混凝土力学性能及其极限承载力研究[D];湖南大学;2003年
10 朱德举;多年冻土地区钻孔灌注桩的有限元分析[D];东北林业大学;2004年
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