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《重庆大学》 2007年
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钢筋混凝土结构二阶效应及设计方法的研究

刘毅  
【摘要】: 钢筋混凝土建筑结构考虑二阶效应的理论认识对工程设计具有重要的指导意义。虽然各国学术界近年来在二阶效应理论研究方面已取得诸多关键性进展,但针对钢筋混凝土结构的特点,在这一领域仍有一系列重要问题有待澄清,以便进一步改进目前从理论上尚不完全确切的设计概念和经验性过强的设计方法。本论文在我国国家设计标准《混凝土结构设计规范》本轮修订需要的推动下,对这一领域若干有待解决的问题进行了分析和试验研究,取得了以下有一定学术进展和创新性的研究成果: (1)根据国内外对框架结构中的P -δ效应规律至今仍缺乏深入研究的现状,利用解析法和数值法对P -δ效应附加变形及附加内力的规律,特别是P -δ效应对柱端弯矩的影响规律以及附加弯矩零点之间距离的变化规律作了较全面、深入的研究,彻底改变了以往以两端铰支不等偏心矩柱的P -δ效应规律充当框架柱P -δ效应规律的不应再容许的状况,从而还给框架结构P -δ效应规律一个真实的理论原形。在此基础上还为新一轮修订的我国《混凝土结构设计规范》提出了到目前为止仍为缺口的考虑p -δ效应的C mη- l_0设计建议方法。 (2)在各国设计规范中首次为有侧移框架考虑P ??效应影响的η_s - l_0法在使用ηs的曲率表达式的前提下提出了能考虑层效应特征和引起结构侧移弯矩作用下的非弹性曲率增量特征的概念准确且又简便易行新一代η_s - l_0法建议方案,经对比分析表明,它的精确性已达到考虑二阶效应的弹性结构分析法的同等精度。 (3)通过结构二阶分析,对以高层建筑常用的剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构以及内筒-外框筒结构归纳出的模型结构的P-Δ效应规律作了较详细的考察,首次从理论上对各类模型结构的P-Δ效应、内力及变形变化规律作了解释,获得了一些至今在已查询到的国内外研究成果中尚未见报导的分析研究成果。揭示了我国设计规程这些结构中目前使用的整体增大系数法存在的不足,并提出了重要改进建议。同时对在这些高层建筑结构的框架部分中能否使用η_s - l_0法或层增大系数法做出了判断。 (4)通过对有吊车工业厂房变阶柱平面排架荷载工况细致分析和控制工况下排架的二阶分析,揭示了这类排架柱中二阶效应的真实变化规律和我国设计规范沿用多年的前苏联排架柱等效长度取值存在的严重不足,给出了理论解释和排架柱等效长度取值的合理建议。指出了国内结构力学界在建筑结构稳定分析中广泛应用的通过初参数法和其它整体稳定分析方法确定结构压杆等效长度的做法存在的概念性失误,并给出了纠正了上述概念失误的初参数法。 (5)采用构件折减刚度考虑二阶效应的弹性有限元法是新纳入中国《混凝土结构设计规范》较先进的结构分析设计方法,该方法的准确程度主要依赖构件折减刚度取值的合理性。鉴于该规范尚缺乏确定排架柱相应折减刚度的分析研究成果,本文以单跨工业厂房变阶排架柱为研究对象,通过对一系列典型排架结构算例进行最不利荷载条件下的非弹性有限元全过程模拟,并以采用折减刚度的弹性二阶分析所得柱顶侧向位移与非弹性有限元模拟的柱顶位移等效为条件,选定了适用于排架柱的刚度折减系数后,再以所选刚度折减系数完成的弹性二阶分析所求得的各控制截面内力与非弹性有限元模拟结果的相符性证实了初选排架柱刚度折减系数的合理性。
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