支撑—钢框架基于整体屈曲概念的支撑临界刚度研究

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本文在理想压杆弹性弯曲屈曲临界力公式的基础上,考虑到平面支撑-钢框架整体在支撑刚度相对较弱时发生的整体有侧移屈曲变形类似半波的特点,将屈曲变形分解为整体弯曲变形分量和层剪切变形分量(其中弯曲变形分量是主要的)之后,引入与整体弯曲变形对应的等效弯曲刚度公式和与层剪切变形对应的层剪切刚度公式。在计算支撑-钢框架的等效弯曲刚度时,考虑到由横梁的非无限刚性导致的剪力滞后效应,在等效弯曲刚度公式中引入框架柱轴向变形分布偏离线形的折算系数。将支撑的层剪切刚度和框架的层剪切刚度相加得到整体层剪切刚度,进而得到单位剪力作用下产生的层间侧移角。在确定等效弯曲刚度和单位剪力产生的层间侧移角之后,定义理想支撑-钢框架的换算长细比,进而得到屈曲临界力计算公式。从理想支撑-钢框架整体屈曲临界力公式可以发现,整体屈曲临界力的倒数等于弯曲屈曲临界力分量的倒数与剪切屈曲临界力分量的倒数之和。这两个屈曲临界力分量分别对应于支撑的弯曲刚度和层剪切刚度。因此,从以下两个方面分析支撑刚度与屈曲临界力分量以及整体临界力的关系:①支撑的弯曲刚度与结构整体等效弯曲刚度以及弯曲屈曲临界力分量的关系;②支撑的层剪切刚度与结构整体层剪切刚度以及剪切屈曲临界力分量的关系;③将以上两个关系综合之后,得到支撑刚度与支撑-钢框架整体屈曲临界力关系的认识。获得支撑刚度与支撑-钢框架整体屈曲临界力关系的认识之后,基于为使支撑-钢框架整体屈曲临界力达到层无侧移失稳承载力的目的,分别提出了支撑的最小弯曲刚度和层剪切临界刚度的概念和公式,支撑的最小层剪切刚度和弯曲临界刚度的概念和公式:①定义支撑的为使结构弯曲屈曲临界力分量等于层无侧移失稳承载力所需的弯曲刚度为最小弯曲刚度,并作为判定支撑的层剪切临界刚度存在的必要条件;②当支撑的弯曲刚度受到条件限制为定值或变化不大时,判定其是否满足最小弯曲刚度要求。若满足,定义支撑的为使结构整体屈曲临界力等于层无侧移失稳承载力所需的最小层剪切刚度为层剪切临界刚度;若不满足,则不存在层剪切临界刚度。③定义支撑的为使结构剪切屈曲临界力分量等于层无侧移失稳承载力所需的层剪切刚度为最小弯曲刚度,并作为判定支撑的弯曲临界刚度存在的必要条件;④当支撑的层剪切刚度受到条件限制为定值或变化不大时,判定其是否满足最小层剪切刚度要求。若满足,定义支撑的为使结构整体屈曲临界力等于层无侧移失稳承载力所需的最小弯曲刚度为弯曲临界刚度;若不满足,则不存在弯曲临界刚度。
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