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钢结构交错桁架体系的弹塑性全过程分析理论与试验研究

莫涛  
【摘要】: 交错桁架结构体系是钢结构中的一种新型承重结构体系,国外对这种体系进行了一定的理论分析,并也有了一些工程实践。但当将这类结构体系运用到高层建筑中时,如何考虑结构变形对内力的影响、如何判定结构的极限承载力,对于这类体系的设计具有重要的指导作用,而国内外在这方面的研究尚属空白。本文结合教育部科学技术研究重点项目(项目号99089),和国家自然科学基金(批准号50078021)、高校博士点基金(批准号2000053203)等资助项目,首次对交错桁架结构体系展开空间三维的二阶弹塑性全过程分析和模型试验研究,旨在为该结构在工程中的应用提供设计依据,为我国制定《轻型房屋钢结构技术规程》提供理论基础。 本论文主要完成了以下工作:首先,根据连续介质力学理论构造出的交错桁架结构空间单元的几何刚度矩阵和弹塑性刚度矩阵,算例分析表明这些矩阵能准确地计算出结构的空间二阶效应和空间单元弹塑性杆端力增量,计算结果具有良好的精度。其次,通过对交错桁架结构的一些算例对比,得到了该结构一些带规律性的结论,这是国内首次对交错桁架体系进行空间三维的弹塑性全过程分析。第三,为方便工程设计,本文首次提出了交错桁架结构体系考虑空间整体二阶效应的简化设计方法,该方法的优点是能用修正后的空间一阶分析的结果来反映结构考虑二阶效应后的响应,具有较强的可操作性。最后,本文还进行了试验研究,这是国内外对高层交错桁架体系的首次模型试验研究。试验结果与理论分析结果吻合良好,这说明在理论分析中选用楼板平面内无限刚性的模型是可行的。同时试验现象也表明,楼板在协调相邻两榀桁架共同工作时起了重要的作用,其水平剪力在楼板中的传递是通过楼板中的拉力场来实现。


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