变截面门式刚架结构内力分析及构件稳定分析

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变截面门式刚架结构是轻钢结构中的一种常见结构形式.这种结构体系设计标准化,使用灵活,可以满足多种生产工艺和使用功能的要求.尤为适合于大跨、大荷载的工业厂房及商业建筑、事务所等诸多方面.目前这种结构体系在中国在得到快速发展.但是在设计中对此类结构并没有直接依据可循,比较突出的存在两个问题:从结构的角度来看,框架内力计算不够精确;从构件的角度来看,稳定承载力计算也不够精确.该文针对这两个课题进行了探讨.首先考虑变截面特性,给出了变截面门式刚架内力计算的两种方法.方法一为引入楔形变截面单元,并按Higgins准则考虑框架的P-△效应的有限单元法;方法二为引入几何非线性楔形单元的有限单元法.两种方法均给出了计算流程,可编制计算机程序,并作了验证.两种方法均引入了变截面元,适应于框架变截面这一特性.较之用等截面元来近似的方法,减少了单元划分散,简化了刚度方程,节约了计算时间.第二步着重于构件的整体稳定,对变截面构件的平面内稳定验算及平面外稳定验算作了分析.应用有限差分法及有限元单元法对变截面压弯构件构件的平面内第二类稳定问题进行了研究,给出了稳定方程组及计算流程,并与常用的验算方法作了对比.这两种方法计算结果均较为接近实际失稳状态,如应用于工程设计,可进一步节约钢材.对于变截面构件的平面外稳定分析该文也提供了一个方法.推导了考虑侧移及扭转的单元刚度方程.该文所给出了变截面刚度矩阵及稳定矩阵较为简单,避免了复杂的微分方程求解,并且计算收敛较快,适合应用于计算机程序设计.
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