巨型钢管混凝土框架结构柱模型等效简化理论分析.pdf
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1、第 3 7卷第 5期 2 0 1 1年 1 O月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 巨型钢管混凝土框架结构柱模型等效简化理论分析 李红明1 ,2 , 唐柏鉴 , 王治均 ( 1 同济大学土木工程学院, 上海2 0 0 0 9 2 ; 2 江苏科技大学土木工程与建筑学院, 江苏 镇江2 1 2 0 0 3 ) 摘要: 为了克服 目前巨型框架结构分析过程中, 节点和单元数过于庞大、 构造复杂、 耗时较长等不利因素, 通过将巨型框架 结构体系中应用较多的钢管混凝土柱、 支撑简化为具有等效轴向刚度 、 等效弯曲刚度 肼 及等效剪切
2、刚度 G S 的等效实腹柱 和支撑的方法, 简化建模难度, 节约机时, 实现变参数分析的目的。推导了等效简化的过程和方法, 并就某一巨型钢管混凝土 框架结构体系柱进行了验算, 结果表明, 等效简化效果明显。 关键词: 巨型框架结构; 钢管混凝土; 等效简化模型 中图分类号 : T U 3 7 5 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 1 ) 0 50 0 1 0 3 Th e o r e t i c a l a n a l y s i s o f t h e e q u i v a l e n t s i mpl i fic a t i o n mo
3、d e l a b o u t m e g a c o l u mn o f s t e e l t u b e c o n c r e t e me g a - f r a me s t r u c t u r e L I H o n g m i n g , r A N G B a ij i a n , WA N G Z h i j u n ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g, T o n g j i U n i v e rs i t y , S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 , C h i n a ;
4、 2 Sch ool o f C i v i l E n g i n e e ri n g a n d A r c h i t e c t u r e , J i n g s u U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , Z h e n j i ang 2 1 2 0 0 3 , C h i n a ) Ab s t r a c t : I n o r d e r t o o v e r c o me t h e p r e s e n t d i s a d v ant a g e f a c t o
5、r s i n me g a - f r a me s t r u c t u r e ana l y s i s p r o c e s s , s u c h a s t h e n o d e s a n d f r a me me mb c l t o o l a r g e ,c o mp l e x , t i me c o n s u mi n g l o n g e r , e t c S t e e l t u b e c o n c r e t e me g a - f r a me s t r u c t u r e wa s e x t e n s i v e u s
6、e d T h r o u g h t h e w a y of e q u i v a l e n t s i mp l i f i e d c o l um n an d s u p p o t o e q u i v ale n t s o l i d we b c o l u mn, wh i c h h as e q uiv ale n t a x i al s t i ff n e s s E A, e q u i v ale n t b e n d s t i ffn e s s E a n d e q u i v ale n t s h e a r r i g i d i ty
7、 G S I t w i l l s i mp l i f y mo d e li n g d i ff i c u l t y , s a v e ma c h i n e h o u r s , a c h i e v e the p u r p o s e of v a ri a b l e p a r a me t e r an aly s i s T his p a p e r d e ri v e d t h e e q u i v a l e n t s i mp l i fi c a t i o n p r o c e s s an d me thod , a n d c h
8、e c k ed c alc ula t i o n o n e me g a fra me s t r u c t u r e , t h e r e s ult s s h o w e d t h a t t h e e q u i v ale n t s i mp l i f i c a t i o n e ff e c t i s o b v i o u s Ke y wo r d s : me g a f r a me s t r u c t u r e; c o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b e; e qu i v ale n t s
9、 i mp li fi e d mo d e l O 引 言 目前 , 对于适应高层建筑发展趋势和特点 的新 型结构体系 , 又称为主、 次框架结构 的巨型结构体系 的计算、 分析、 研究必须借助于计算机和有限元软件 来完成。由于其节点和单元数量庞大 , 构造复杂 , 在 分析计算过程中有限元建模难度大 , 耗时较长, 且不 利于大量 的参数分析。巨型框架结构体系具有侧 向 刚度大 , 传力明确且空间协调性好 , 延性和抗震性能 较好 , 整体性好 , 施工速度快 , 工程造价低等优点 , 是 未来高层及超高层建筑结构体系及发展和应用的主 要方 向之一- 1 引。近年来 , 巨型框架结构通过多
10、种结 构形式组合形成了巨型钢框架结构体系、 巨型钢管 收稿 日期 : 2 0 1 1 - 0 5 - 0 9 作者简介 : 李红明( 1 9 7 8一) , 男 , 江苏泰州人 , 讲师 , 主要从 事钢结 构 设计研究 。 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 8 4 8 0 3 5 ) E ma l l : 2 0 1 5 6 3 4 6 q q c o m 混凝土复合结构体系、 巨型钢桁架悬挂结构体系、 预 应力巨型支撑一钢框架结构体系等品种繁多的结构 体系。为缓解巨型桁架节点受力集 中、 提高巨型框 架的抗侧刚度, 唐柏鉴等人提出了巨型钢框架预应 力复合支 撑体 系 (
11、 简称 : MF B S , Z L 2 0 0 7 2 0 0 4 5 2 1 6 5 及 Z L 2 0 0 7 1 0 1 3 1 1 0 0 8 ) 。本文 以悬挂式 巨型钢 管混凝土框架预应力复合支撑体系为例 , 通过理论 分析 , 将 巨型柱、 支撑简化为具有等效轴 向刚度 E A 、 等效弯 曲刚度 及等效剪切刚度 G s的等效实腹柱 和支撑, 有效减少节点和单元数量, 缩短分析时程, 实现变参数分析 的目的。 1 等效刚度的求解 巨型柱是四肢格构式组合柱 , 简化为等效实腹 柱 ( 图 1 ) , 基本假定如下 : 1 ) 在水平 力作 用下 , 横杆 在 自身平 面 内小 变
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