钢-混凝土混合结构体系屈曲模态判别标准及临界荷载简化算法.pdf
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1、第 3 1 卷第 4期 2 0 1 4年 1 2月 建筑科 学与工程 学报 J o u r n a l 0 f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g Vo 1 3 1 No 4 De c 2 01 4 文章编号 : 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 6 7 0 7 0 钢一 混凝土混合结构体 系屈 曲模态判别标 准及 临界荷载简化算法 李 亮 , 李国 ( 1 长安 大学建筑工程学 院, 陕西西安7 1 0 0 6 1 ;2 同济大学 强 土木工程防灾 国家重点实验室 ,
2、上海2 0 0 0 9 2 ) 摘要 : 为 了研 究核 心筒 支撑 作 用对屈 曲模 态 和屈 曲 临界荷 载 的影 响 , 建 立 了钢一 混凝 土 混合 结构 体 系简化 力 学模 型 , 并在 大量有 限元 分析 的基 础 上 , 研 究 了钢一 混 凝 土 混合 结 构 体 系 中框 架和 支撑 两 部 分之 间的 相对 强弱 关 系对屈 曲模 态的影 响 。根 据屈 曲模 态不 同 , 将钢一 混凝 土混 合 结 构体 系划分 为 4种类型 , 归纳出可靠的屈曲模 态判别标准 , 并提 出了与各类屈曲模 态对应的临界荷载 简化算 法。研究结果表明: 该 简化算法计算结果准确、 可靠
3、 , 可供设计人员采用。 关键词 : 钢一 混凝土混合结构体 系; 支撑作用; 屈曲临界荷载 ; 简化力学模型 ; 有限元分析 中图分 类号 : T U3 7 5 4 文 献标 志码 : A J u d g me n t S t a n d a r d o f Bu c k l i n g M o d e a n d S i mp l i f i e d Al g o r i t h m o f Cr i t i c a l Lo a d f o r S t e e l - c o n c r e t e M i x e d St r u c t u r e S y s t e m LI Li
4、 a ng ,LI Guo qi a ng ( 1Sc h ool o f Ci v i l En gi ne e r i n g,Cha n g a n Uni ve r s i t y,Xi a n 71 00 61,Sha a nxi ,Chi na; 2 St a t e Ke y La bor a t or y f o r Di s a s t e r Re duc t i o n i n Ci v i l Eng i n e e r i ng, To n g j i Un i v e r s i t y ,S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2,Ch i n a )
5、 Ab s t r a c t :I n o r d e r t o i n v e s t i g a t e t h e i n f l u e n c e o f t h e l a t e r a l r e s i s t a n c e b y t h e c o r e t u b e o n buc kl i ng m o de a nd c r i t i c a l bu c k l i ng l o a d,t he s i m p l i f i e d m e c h a ni c a l m o de l o f t he s t e e l c on c r e
6、t e m i x e d s t r u c t u r e s y s t e m wa s e s t a bl i s he d Ba s e d on t he f i ni t e e l e m e nt a n a l ys i s,t he i n f l ue nc e o f t h e r e l a t i v e r e l a t i o n s o f t h e f r a me a n d t u b e f o r s t e e l c o n c r e t e mi x e d s t r u c t u r e s y s t e m o n b
7、u c k l i n g m o de we r e s t u di e dAc c o r di n g t o t he d i f f e r e n t buc kl i n g mo de s ,t he s t e e l c o nc r e t e m i x e d s t r u c t u r e s y s t e m wa s c a t e g o r i z e d i n t o f o u r t y p e s ,a n d t h e r e l i a b l e j u d g me n t s t a n d a r d o f b u c k
8、l i n g mo d e wa s s umm a r i z e d Fur t he r m o r e, t he s i m p l i f i e d a l g o r i t hm s o f c r i t i c a l l oa d c o r r e s po nd i ng t o v a r i o us b uc k l i ng mo de s we r e pu t f o r wa r d The s t ud y r e s u l t s s ho w t h a t t he c a l c ul a t i on r e s u l t s o f
9、 t h e s i m p l i f i e d a l g or i t hm a r e a c c ur a t e a nd r e l i a b l e ,c a n pr o v i de r e f e r e nc e s f or t he de s i gn e r Ke y wo r ds :s t e e l c o nc r e t e m i x e d s t r u c t u r e s y s t e m ;l a t e r a l r e s i s t a nc e;c r i t i c a l b uc kl i ng l o a d;s i
10、 re p l i f i e d m e c ha ni c a l mo de 1 f i n i t e e l e me nt a n a l ys i s 引 目 钢框架一 混凝土核心筒混 合结 构是 由钢框架与 混凝 土核 心筒 组成 的共 同承 受竖 向荷 载和 水平 荷载 作用 的高 层建 筑 结 构 。钢 框 架 强 度 高 、 自重 轻 、 构件截面小、 楼面跨度大 , 主要用 于承受竖 向荷载 ; 收稿 日期 : 2 0 1 4 - 0 8 1 3 基金项 目: 国家 自然科学基金项 E l ( 5 1 2 0 8 0 5 7 ) ; 中国博士后科学基金项 目( 2 0
11、1 3 T6 0 6 8 7 ) ; 中央高校基本科研业务费专项资金项 目( 0 0 0 9 3 1 0 8 2 8 1 4 0 1 1 4 ) 作者简介 : 李亮 ( 1 9 8 1) , 男, 陕西西安人, 讲 师。 工学博 士, E ma i l : b r ig h t l i c h d 1 6 3 c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 8 建筑科 学 与工程 学报 2 0 1 4丘 混凝 土 核心筒 造价 低 , 侧 向刚度 大 , 主要 用 于承受 风 和 地震 等水 平 荷 载 作 用 。在 钢框 架 一 混 凝 土 核 心 筒 混
12、合结 构 中 , 与 框 架 部分 单 独 承 受 竖 向荷 载 时 的 屈 曲 临界荷 载相 比, 由于混 凝 土 核 心 筒 往往 具 有 富 余的抗侧能力, 会对钢框架起到侧 向支撑作用 , 因此 当结构 发生 屈 曲时框架 所 承担 的竖 向荷载 往往远 大 于 其独 立承 担竖 向荷 载 的屈 曲承载力 。 本文系统研究 了钢一 混凝土混合结构体系 中框 架 和混 凝土 核心 筒之 间 的相 对 强弱关 系对 结构 屈 曲 模 态 的影 响 。根 据 屈 曲模 态 不 同将 钢 一 混 凝 土 混 合 结 构体 系划 分 为 4种类 型 , 归纳 出可 靠 的屈 曲模 态 判别标准
13、, 并提出了各类屈曲模态对应 的临界荷 载 简化计算公式 , 可供设计人员采用。 1 N- 混凝土混合 结构体 系 钢一 混 凝 土 昆合 结 构 通过 楼 盖 将 钢 框 架 和混 凝 土核 心筒 连接 为一 体 , 共 同承 担水 平 荷 载 和 竖 向 荷 载, 如图 1所示。由于钢一 混凝土混 合结 构受力 合 理 、 经济指 标优 越 , 被 认 为是一 种符 合 中国 国情 的高 层建 筑结 构体 系 。在 实 际 工程 中 , 如何 合 理 地 考 虑 混凝 土核 心筒 的支 撑 作 用 , 准 确 地估 计 框 架 部 分 的 屈曲临界荷载受到了广泛的关注 。 。简体、 剪力墙
14、 可近似看作是弯曲型竖 向悬臂杆 , 由于核心筒 中层 与层之间存在相互作用 , 使得核心筒对框架 的支撑 作用不宜采用层模型来分析 , 而需要建立整体模型 进行 研究 l 8 。 图 1 典 型 钢 框 架。 混 凝 土 核 心 筒 混合 结构 平 面 Fi g 1 Pl a n e o f Ty pi c a l S t e e l Fr a me - RC Co r e wa l l M i x e d S t r u c t u r e 对 于轴 力不 变 的情 况 , 童 根树 等 采 用静 力 法 对 顶 点竖 向集 中荷载 作用 下 的双重抗 侧力 结构 屈 曲 问题 进行研 究
15、 , 得到 了屈 曲临界 荷 载 的计 算公 式 , 结 构体系简化模型见 图 2 , 其 中, 叫( ) 为作用 的分 布 外荷载, q ( ) 为 2个结构之间通过连杆 的相互作用 图 2 顶点竖 向集 中荷载作用下的钢。 混凝土混合 结 构 体 系简 化 模 型 Fi g 2 Si mp l i f i e d M o de l o f S t e e l c o n c r e t e M i x e d St r uc t ur e S y s t e m Un de r To p Ve r t i c al Con c e nt r at e d Lo a ds 力 , P , P
16、 。 分别 为作 用 在 弯 剪 型结 构 1和 结 构 2顶 端 的竖 向集 中荷 载 , H 为结 构高度 , Q n为水 平剪力 。 R o s ma n E 讨论 了剪 力墙一 框 架双重 抗侧 力结 构 的稳 定性 , 假 定框 架 为 刚度 沿 高 度 不 变 的纯 剪 切 竖 向悬臂杆 , 剪 力墙 为 刚 度沿 高 度 不 变 的 纯弯 曲竖 向 悬臂杆 , 且荷载沿高度均匀分布 , 给出了结构整体临 界 荷载 的计算 表格 , 然 而 由 于假 定 结 构 发生 整 体 失 稳 , 不 能考虑 局部 失稳 的情况 , 因此这个 表 格 的应 用 价 值有 限 。 考 虑 到在
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- 关 键 词:
- 混凝土 混合结构 体系 屈曲 判别 标准 临界 荷载 简化 算法
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