基于半刚性理论的门式刚架体系及性能研究
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摘要
《中国建筑钢结构产业“十五”计划和2015年发展规划纲要(草案)》的出台为我国轻钢结构的发展提供了新的契机。然而,目前轻钢结构在我国的发展还处于初级阶段,对于结构体系的研究还不够充分。因此,对轻钢结构体系及其性能进行广泛而深入的研究具有重要的现实意义和实用价值。
本文在广泛查阅了国内外门式刚架资料的基础上建立门式刚架结构的力学计算模型,在建模和分析时主要从门式刚架结构体系的优化、节点半刚性以及加工安装引起的初始应力三个方面对门式刚架结构的耗钢量和力学性能进行研究。利用ANSYS APDL语言编程对大量模型进行建模计算。得出各种情况下结构的单位耗钢量、节点半刚性对结构力学性能的影响以及安装误差引起的初始内力对结构内力的影响。
当前对门式刚架省钢方法的研究主要集中在针对截面内力的情况,采用楔形门式刚架来达到省钢的目的。本文从另外的角度,把节点半刚性理论应用到门式刚架结构中,通过改善内力情况达到省钢目的。
通过大量的计算、分析和回归,得到比较实用、具有指导意义的结论。
The issuance of the "Tenth-Five-Year Program" of the Steel Structure Industry of China and the Compendium of the Developing Layout before 2015(draft) supplies a great of opportunities for developing light steel structure in China . Nevertheless, nowadays the development of steel structure is still in elementary stage in China , and the present research in this field is not enough Thereby ,it is important as well as meaningful to make some deep researches for system and capability of the light steel structure.In this paper ,the mechanical calculating model for portal steel structure has been founded after referring volumes information about portal steel structure from domestic and abroad ,and the main attentions are focused on structural optimization, semi-rigid connection, and secondary stress. The modeling and analysis have been carried out in ANSYS APDL and the impact of steel dosage and semi-rigid connection on structure mechanical capability and the secondary stress on internal stress.At present ,the research about how to economize steel dosage is focused on using various sections in the same beam or column, and the semi-rigid theory has been adopted to economizing the amount of steel in this paper.In this paper , through a great deal of calculating .analysis, and regressing ,we can get a more practical and meaningful guidance for the practical project.
本文在广泛查阅了国内外门式刚架资料的基础上建立门式刚架结构的力学计算模型,在建模和分析时主要从门式刚架结构体系的优化、节点半刚性以及加工安装引起的初始应力三个方面对门式刚架结构的耗钢量和力学性能进行研究。利用ANSYS APDL语言编程对大量模型进行建模计算。得出各种情况下结构的单位耗钢量、节点半刚性对结构力学性能的影响以及安装误差引起的初始内力对结构内力的影响。
当前对门式刚架省钢方法的研究主要集中在针对截面内力的情况,采用楔形门式刚架来达到省钢的目的。本文从另外的角度,把节点半刚性理论应用到门式刚架结构中,通过改善内力情况达到省钢目的。
通过大量的计算、分析和回归,得到比较实用、具有指导意义的结论。
The issuance of the "Tenth-Five-Year Program" of the Steel Structure Industry of China and the Compendium of the Developing Layout before 2015(draft) supplies a great of opportunities for developing light steel structure in China . Nevertheless, nowadays the development of steel structure is still in elementary stage in China , and the present research in this field is not enough Thereby ,it is important as well as meaningful to make some deep researches for system and capability of the light steel structure.In this paper ,the mechanical calculating model for portal steel structure has been founded after referring volumes information about portal steel structure from domestic and abroad ,and the main attentions are focused on structural optimization, semi-rigid connection, and secondary stress. The modeling and analysis have been carried out in ANSYS APDL and the impact of steel dosage and semi-rigid connection on structure mechanical capability and the secondary stress on internal stress.At present ,the research about how to economize steel dosage is focused on using various sections in the same beam or column, and the semi-rigid theory has been adopted to economizing the amount of steel in this paper.In this paper , through a great deal of calculating .analysis, and regressing ,we can get a more practical and meaningful guidance for the practical project.
引文
[1] 陈云波,《论钢结构的发展》,中国建材,1999年第2期,页码76-78
[2] 陈富生、邱国华、范重,《高层建筑钢结构设计》,中国建筑工业出版社,2002年7月,页码1-4
[3] 陈禄如,《中国钢结构的发展和问题》,冶金工业部建筑研究总院院刊,1995年第4期,页码1-4
[4] P. J. Trebilcock, Building Design Using Cold Formed Steel Sections: An Architect's Guide[M]. The Steel Construction Institute, UK, 1994
[5] Alexander Newman, Metal Building Systems[M]. McGraw-Hill Inc, 1997
[6] 弓晓芸,《轻钢结构建筑的应用及发展》,工业建筑,2000年第5期,页码53-57
[7] 王元清、杨威,《门式刚架钢结构普钢规范和轻钢规范的设计比较研究》,工业建筑,2000年第9期,页码65-68
[8] 陈绍蕃,《轻型钢结构变截面门式刚架的稳定计算》,建筑结构,1998年第8期,页码10-14
[9] 饶芝英、童根树,《变截面门式刚架的平面内弹性稳定计算》,建筑结构,2000年第4期,页码8-11
[10] CEN: ENV1993-1-1 Eurocode3, Design of Steel Structure: part 1.1 Ggeneral Rules and Rules for Bulidings[S], 1992
[11] Archibald N Sherboumed and Mohammed R Bahaari, 3DSimulation of End-Plate Bolted Connections[J], Journal of Structural Engineering, 1994, 120(11)
[12] Archibald N Sherboumed and Mohammed R Bahaari, Finite Element Prediction of End-Plate Bolted Connection Behavior[J], Journal of Structural Engineering, 1997, 123(2)
[13] 李少甫,《钢结构的端板螺栓连接》,建筑结构,1998年第8期,页码24-26
[14] 荆军、王元清、石永久,《门式刚架轻型钢结构端板连接节点性能研究与设计》,建筑结构,2000年第4期,页码16-19
[15] 荆军、石永久,《节点刚度对轻型门式刚架结构设计的影响》,工业建筑, 2000年第5期,页码58-61
[16] Hiroyaki Shiom and Maneaki Kurata, Strength Formula for Tapered Beam-Columns, Journal of Structural Engineering, Vol. 110, No. 7, July, 1984
[17] James, M. Gere, and Winfred, O. Carter, Ctitical Buckling Loads of Tapered Bars under Stepped Axial Loads, J. Struct. Engng., ASCE. Vol.. 112, No. 6, June. 1986
[18] John, C. Ermopulos, Buckling of Tapered Bars under Stepped Axial Loads, J. Struct. Eng., ASCE. Vol.. 112, No. 6, June, 1986
[19] J. M. Davies, P. Engel, T. T. C. Liu, and L. J. Morris, Realistic Modeling of Engineer, Vol. 68, No. 1/9, Jan. 1990
[20] J. M. Davies, Inplane Stability in Portal Frame, The Structural Engineer, Vol. 68, No. 8/17, April, 1990
[21] 顾强、周敏辉,《楔形变截面门式刚架的设计(一)》,西安建筑科技大学学报,1998年第3期,页码205-208
[22] 陈绍番,周敏辉,顾强,《楔形变截面门式刚架的设计(二)》,西安建筑科技大学学报,1998年第3期,页码209-212
[23] 徐兆熙,《门式刚架轻型房屋钢结构设计简介(1)》,钢结构,1999年第4期,页码5-7
[24] 徐兆熙,《门式刚架轻型房屋钢结构设计简介(2)》,钢结构,2000年第1期,页码1-6
[25] 杨泽华、陈以一,《轻型门式钢刚架变截面柱的楔率选择》,工业建筑,2000年第11期,页码48-51
[26] 刘朝宏、李天,《轻型门式刚架的平面内稳定系数计算》,郑州工业大学学报,2001年第2期,页码73-76
[27] 张淑霞、顾强,《楔形变截面柱平面内稳定及平面内等效弯矩系数》,工业建筑,2002年第1期,页码63-65
[28] 陈绍蕃,《门式刚架端板螺栓连接的强度和刚度》,钢结构,2000年第1期,页码6-11
[29] 郭兵、郭秉山、张洪伟,《梁柱外伸式端板螺栓连接的M—θ关系》,山 东建筑工程学院学报,2001年第3期,页码1-5
[30] 汤征,《轻钢结构门式刚架端板连接节点附加转角的分析》,工业建筑,2001年第7期,页码48-49
[31] 郝凤祥,《轻型厂房钢结构门式刚架节点板设计计算研究》,钢结构,2001年第2期,页码8-11
[32] 许建勋、赵滇生,《刚架节点域斜加劲肋设计》,贵州工业大学学报(自然科学版),2001年第5期,页码80-83
[33] 郭兵、陈爱国,《半刚接钢框架的有限元分析及性能探讨》,建筑结构学报,2001年第5期,页码48-52
[34] 齐永胜,《考虑柱脚约束楔形变截面门式刚架柱脚强度及平面内稳定承载力的研究》,西安建筑科技大学硕士论文,2002年
[35] 柳锋、郭兵、崔艳秋,《半刚接门式刚架的性能探讨》,建筑结构,2003年第2期,页码18-23
[36] 周学军、张祥龙,《半刚性连接钢框架结构的研究及应用》,山东建筑工程学院学报,2002年第9期,页码85-88
[37] 王燕、李华军、厉见芬,《半刚性梁柱节点连接的初始刚度和结构内力分析》,工程力学,2003年第6期,页码65-69
[38] 张慧旭、刘腾爱,《半刚性组合节点的研究发展》,盐城工学院学报(自然科学版),2003年第2期,页码63-66
[39] 王元清、王春光,《门式刚架轻型钢结构工业厂房最优柱距研究》,工业建筑,1999年第6期,页码49-51
[40] 赵彦革、史铁龙、穆亚林,《变截面门式刚架斜梁的优化设计》,建筑科学,2002年第1期,页码36-39
[41] 张和平、程海琴、罗威年,《论门式刚架截面优化设计在我国的发展》,华东交通大学学报,2002年第4期,页码37-40
[42] 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002),中国工程建设标准化协会,2002年
[43] 王生楠,《飞行器结构力学》,西北工业大学出版社,1998年12月
[44] 刘涛、杨凤鹏,李贵敏、张建、王建国,《精通ANSYS》,清华大学出版 社,2003年5月
[45] 易日,《使用ANSYS6.1进行结构力学分析》,北京大学出版社,2002年11月
[46] 张胜民,《基于有限元软件ANSYS7.0的结构分析》,清华大学出版社,2003年6月
[47] 任兴平,《门式刚架轻钢房屋结构的优化设计》,钢结构,2000年第4期,页码7-10
[48] 郑庭银,《高层建筑钢结构》,中国建筑工业出版社,2002年
[49] 日本钢结构协会著,陈以一、傅功义译,《钢结构技术总览》(建筑篇),2003年10月
[50] AISC(1986), Load and resistance factor design specifications for structure steel buildings[S]. First edition, Chicago, IL
[51] AISC(1989), Allowable stress design and plastic design specifications for structure steel buildings[S]. Nine edition, Chicago, IL
[52] Romstad K M, Subramanian C V. Analysis of Frames with Partial Connection Rigidity[J]. Journal of Structure Division, ASCE, Proceeding papers 7664, 1970, 100(ST6): 2283-2300
[53] Frye M J, Morris G A. Analysis of Flexibly Connected Steel Frames[J]. Canadian Journal of Civil Engineering, 1975, 2(3): 280-291
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[55] Krishnamurthy H T. Analytical M-θ Curves for End-plate Connections[J]. Journal of Structure Division, ASCE, 1979, 105(ST1): 133-145
[56] Yee Y L, Melchers R E. Moment-rotation Curves for Bolted Connections[J]. Journal of Structure Division, ASCE, 1986, 112(ST3): 615-634
[57] 丁洁民、沈祖炎,《一种半刚性节点的实用计算模型》,工业建筑,1992年第11期,页码29-32
[2] 陈富生、邱国华、范重,《高层建筑钢结构设计》,中国建筑工业出版社,2002年7月,页码1-4
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[16] Hiroyaki Shiom and Maneaki Kurata, Strength Formula for Tapered Beam-Columns, Journal of Structural Engineering, Vol. 110, No. 7, July, 1984
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