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摘要：框架结构广泛应用于大型结构的基础，作为结构的基础性结构，框架结构主要用于承载的作用。因此对于框架结构的损伤方位判断对于结构检测研究有重要意义。本文以塔机标准节类的框架结构为对象，对比了框架结构不发生损伤与发生损伤时的位移偏移量特征。
关键词：框架结构；标准节；偏移量分析
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
0引言：
框架结构具有其结构对称，强度高等性质而被广泛用于大型复杂工程结构的基础性结构。因此分析框架结构特性，并对框架结构的初步性损伤进行分析对于工程安全有重要的指导意义。许多学者对于框架结构进行了相关分析，如骆剑锋[1]利用弹塑性方法对三层框架结构进行了分析。余锋[2]利用弹塑性经理分析方法对框架结构的地震反应进行了相关分析。
本文以塔机标准节框架结构为研究对象，通过对弯矩载荷回转不同角度，利用框架结构的弯曲变形量分析獲取塔机塔身标准节不发生损伤与发生损伤时上端各角度的水平偏移量。
1未损伤时框架特性分析
1.1 框架弯曲强度的载荷角度变化规律
图1 载荷角度示意图
如图2所示，载荷方向与框架中心旋转一个角度θ，其截面特性如下：
所以当时，最小，即弯曲强度最弱，此时；当时，最大，即弯曲强度最高，此时。由此可以得出推论：仅受弯矩时，的工况比的工况危险倍。
1.2 框架弯曲刚度的载荷角度变化规律
设刚度用EI表示，弹性模量E与图2中的角度无关，惯性矩推导如下：
上式结果为Ab2,因此惯性矩与无关，即框架刚度不随角度的变化而变化。
2损伤时框架特性分析
当松动端承受压缩作用时，此时框架连接损伤由于压缩作用连接在一起，不会体现出相应的损伤特征。如图所示，在如图1中 1号为松动桁架。假设3号主肢完全松动，回转角度θ，框架截面在起重臂方向的截面特性如下：
当时，最小，弯曲强度最弱，；当时，最大，即弯曲强度最高，。松动层以上的框架弯曲刚度极端状态是只由另外三根主肢提供弯曲刚度，则随吊臂角度变化塔身以上弯曲刚度变化规律为：
当载荷作用角度在45°位置时，松动层以下的框架的弯曲刚度不变，弯曲强度最弱；塔身主肢发生松动时，松动层以上的框架刚度在载荷处于45°位置时到达最小值，且最小值为。
3框架结构分析及仿真模拟
3.1 平衡关系分析
当塔身某一层单肢发生松动，由分析可知塔机起重臂处于45°位置时刚度与强度最小。塔身单肢连接松动时松动层位置的塔身偏转角1由下端塔身的弯曲变形角度和由于弯矩作用的标准节平面变形角组成，表示关系如下：
1=+（7）
如图所示图3为框架结构支撑松动的示意图，其中松动位置受拉力作用其拉伸量由松动距离、松动拉伸量和松动所在主肢的拉伸量三部分组成。
当塔身连接螺栓不发生松动时，认为此时螺栓已拉伸至刚度无穷大，而螺栓松动时应计算松动螺栓拉伸长度。拉伸端变形量与压缩主肢变形量有如下关系：
（8）
（9）
（10）
（11）
：塔机上部作用弯矩；：松动螺栓有效拉伸长度；：松动位置主肢有效拉伸长度，取两节标准节主肢长度；：螺栓松动量；：螺栓横截面接；：弯矩在拉伸端主肢的作用力；：弯矩在压缩端主肢的作用力
由上式（8）可知，松动框顶端位移为位移综合量，且框架压缩端在极端压缩状况下承受拉伸上端弯矩全部作用，此时松动端不承载拉伸。
3.2仿真模拟方式及测点选择
ansys仿真具有分析极限状态的突出优点，其建立的模型的框架结构连接之间用杆件替代螺栓进行连接，连接弹簧刚度与塔机预紧力设计要求一致，即本文中的结构刚度是对应的。其松动位置刚度可通过调节杆件刚度值达到模拟框架连接位置处不同松动程度的目的。
采用有限元ANSYS软件对其进行相应的计算，首先需要对整个结构进行简化，由于结构中相应的杆件采用空心方钢和圆钢，将它们看成“Beam”这种单元类型，材料参数中，弹性模量为E=210Gpa，相应的泊松比为γ=0.3，密度ρ=7800kg/然后定义截面，根据型材的截面参数输入相应的数值。
图4标准节框架示意图
当标准节框架结构的顶端弯矩作用发生一定角度的回转时，框架结构顶端作为研究检测点具有其特定的轨迹特征。（此仿真检测点为ansys模型上端面中心点）。
3.2 框架结构仿真结果及分析
对于未损伤的框架结构，设结构的参数均满足设计要求。即在保持其他结构完好的情况下，设置要求对应的弹簧刚度值为k；对于一个标准节支撑损伤的框架结构，设其他结构的参数均满足设计要求。即在本文中，图4右图1号支撑发生松动。保持其他结构完好的情况下，设置要求对应的弹簧刚度值为k调整为0。
以坐标下的X轴正方向为弯矩载荷方向的初始位置，弯矩作用分别位于各回转角度时测得上截面中心在平面的坐标轨迹如下图所示：
图5 各弯矩角度下测点位移图
由以上分析可知，框架结构支撑不发生损伤时，由于其个方向弯曲刚度是相同的，框架结构顶端测点所呈现的位置轨迹为一直线；
在图4中1号支撑发生损伤时，由于其拉压状况的不同，受损框架支撑在承受拉伸作用的载荷角度区域会呈现三角函数特性的波动，而在受损支撑承受压缩作用时，其顶端中心的位置轨迹与未受损时的轨迹一致。
4结论
本文通过对框架结构未受损和单支撑受损的分析，获取了不同载荷角度对于框架结构刚度轻度的影响，并通过对框架结构施加不同角度的载荷获取塔机塔身标准节不发生损伤与发生损伤时上端各角度的水平偏移量。由分析可知，框架结构支撑不发生损伤时，由于其个方向弯曲刚度是相同的，框架结构顶端测点所呈现的位置轨迹为一直线；而在单支撑发生损伤时，受损框架支撑在承受拉伸作用的载荷角度区域会呈现三角函数特性的波动。
参考文献
[1] 骆剑锋，蔡文庆.框架结构静力与动力弹塑性抗震分析对比研究.山西建筑，2008（1）
[2] 余锋.基于位移的钢筋混凝土框架结构静力弹塑性抗震分析.工程结构
关键词：框架结构；标准节；偏移量分析
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
0引言：
框架结构具有其结构对称，强度高等性质而被广泛用于大型复杂工程结构的基础性结构。因此分析框架结构特性，并对框架结构的初步性损伤进行分析对于工程安全有重要的指导意义。许多学者对于框架结构进行了相关分析，如骆剑锋[1]利用弹塑性方法对三层框架结构进行了分析。余锋[2]利用弹塑性经理分析方法对框架结构的地震反应进行了相关分析。
本文以塔机标准节框架结构为研究对象，通过对弯矩载荷回转不同角度，利用框架结构的弯曲变形量分析獲取塔机塔身标准节不发生损伤与发生损伤时上端各角度的水平偏移量。
1未损伤时框架特性分析
1.1 框架弯曲强度的载荷角度变化规律
图1 载荷角度示意图
如图2所示，载荷方向与框架中心旋转一个角度θ，其截面特性如下：
所以当时，最小，即弯曲强度最弱，此时；当时，最大，即弯曲强度最高，此时。由此可以得出推论：仅受弯矩时，的工况比的工况危险倍。
1.2 框架弯曲刚度的载荷角度变化规律
设刚度用EI表示，弹性模量E与图2中的角度无关，惯性矩推导如下：
上式结果为Ab2,因此惯性矩与无关，即框架刚度不随角度的变化而变化。
2损伤时框架特性分析
当松动端承受压缩作用时，此时框架连接损伤由于压缩作用连接在一起，不会体现出相应的损伤特征。如图所示，在如图1中 1号为松动桁架。假设3号主肢完全松动，回转角度θ，框架截面在起重臂方向的截面特性如下：
当时，最小，弯曲强度最弱，；当时，最大，即弯曲强度最高，。松动层以上的框架弯曲刚度极端状态是只由另外三根主肢提供弯曲刚度，则随吊臂角度变化塔身以上弯曲刚度变化规律为：
当载荷作用角度在45°位置时，松动层以下的框架的弯曲刚度不变，弯曲强度最弱；塔身主肢发生松动时，松动层以上的框架刚度在载荷处于45°位置时到达最小值，且最小值为。
3框架结构分析及仿真模拟
3.1 平衡关系分析
当塔身某一层单肢发生松动，由分析可知塔机起重臂处于45°位置时刚度与强度最小。塔身单肢连接松动时松动层位置的塔身偏转角1由下端塔身的弯曲变形角度和由于弯矩作用的标准节平面变形角组成，表示关系如下：
1=+（7）
如图所示图3为框架结构支撑松动的示意图，其中松动位置受拉力作用其拉伸量由松动距离、松动拉伸量和松动所在主肢的拉伸量三部分组成。
当塔身连接螺栓不发生松动时，认为此时螺栓已拉伸至刚度无穷大，而螺栓松动时应计算松动螺栓拉伸长度。拉伸端变形量与压缩主肢变形量有如下关系：
（8）
（9）
（10）
（11）
：塔机上部作用弯矩；：松动螺栓有效拉伸长度；：松动位置主肢有效拉伸长度，取两节标准节主肢长度；：螺栓松动量；：螺栓横截面接；：弯矩在拉伸端主肢的作用力；：弯矩在压缩端主肢的作用力
由上式（8）可知，松动框顶端位移为位移综合量，且框架压缩端在极端压缩状况下承受拉伸上端弯矩全部作用，此时松动端不承载拉伸。
3.2仿真模拟方式及测点选择
ansys仿真具有分析极限状态的突出优点，其建立的模型的框架结构连接之间用杆件替代螺栓进行连接，连接弹簧刚度与塔机预紧力设计要求一致，即本文中的结构刚度是对应的。其松动位置刚度可通过调节杆件刚度值达到模拟框架连接位置处不同松动程度的目的。
采用有限元ANSYS软件对其进行相应的计算，首先需要对整个结构进行简化，由于结构中相应的杆件采用空心方钢和圆钢，将它们看成“Beam”这种单元类型，材料参数中，弹性模量为E=210Gpa，相应的泊松比为γ=0.3，密度ρ=7800kg/然后定义截面，根据型材的截面参数输入相应的数值。
图4标准节框架示意图
当标准节框架结构的顶端弯矩作用发生一定角度的回转时，框架结构顶端作为研究检测点具有其特定的轨迹特征。（此仿真检测点为ansys模型上端面中心点）。
3.2 框架结构仿真结果及分析
对于未损伤的框架结构，设结构的参数均满足设计要求。即在保持其他结构完好的情况下，设置要求对应的弹簧刚度值为k；对于一个标准节支撑损伤的框架结构，设其他结构的参数均满足设计要求。即在本文中，图4右图1号支撑发生松动。保持其他结构完好的情况下，设置要求对应的弹簧刚度值为k调整为0。
以坐标下的X轴正方向为弯矩载荷方向的初始位置，弯矩作用分别位于各回转角度时测得上截面中心在平面的坐标轨迹如下图所示：
图5 各弯矩角度下测点位移图
由以上分析可知，框架结构支撑不发生损伤时，由于其个方向弯曲刚度是相同的，框架结构顶端测点所呈现的位置轨迹为一直线；
在图4中1号支撑发生损伤时，由于其拉压状况的不同，受损框架支撑在承受拉伸作用的载荷角度区域会呈现三角函数特性的波动，而在受损支撑承受压缩作用时，其顶端中心的位置轨迹与未受损时的轨迹一致。
4结论
本文通过对框架结构未受损和单支撑受损的分析，获取了不同载荷角度对于框架结构刚度轻度的影响，并通过对框架结构施加不同角度的载荷获取塔机塔身标准节不发生损伤与发生损伤时上端各角度的水平偏移量。由分析可知，框架结构支撑不发生损伤时，由于其个方向弯曲刚度是相同的，框架结构顶端测点所呈现的位置轨迹为一直线；而在单支撑发生损伤时，受损框架支撑在承受拉伸作用的载荷角度区域会呈现三角函数特性的波动。
参考文献
[1] 骆剑锋，蔡文庆.框架结构静力与动力弹塑性抗震分析对比研究.山西建筑，2008（1）
[2] 余锋.基于位移的钢筋混凝土框架结构静力弹塑性抗震分析.工程结构