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利用屈曲分析求构件的计算长度系数
创建者:王龙,编辑者:王龙,最近更新:2015/03/20 13:31:03

问题描述:

在某些情况下,无法采用规范的方法得到构件的计算长度系数。比如:1) 杆件的连接关系复杂,或梁柱以非正交的形式连接;2)难以判断结构属于有侧移框架还是无侧移框架;3)不同规范对钢管混凝土柱承载力的计算公式不统一……那么,此时应如何评估构件的计算长度系数呢?

解答:

杆件的计算长度系数与其稳定性相关。工程上常通过屈曲分析(结合欧拉公式),反算构件的计算长度系数。

由欧拉公式:

得计算长度系数

其中,I为构件在屈曲方向的惯性矩。这样只要得到关于构件稳定的临界荷载Pcr,就可以按照上式反算计算长度系数。

临界荷载Pcr与结构的受力状态和构件两端的约束条件都相关。对于合理的结构模型,构件两端的约束条件由程序自动考虑,但结构的受力状态则与施加的荷载相关。不同的荷载分布将得到不同的临界荷载,进而得到不同的计算长度系数。因此,用户在定义屈曲分析工况时要根据实际情况选择合适的荷载分布。这里提供两种加载形式供参考:

  1. 恒载+活载(标准值)。这种方式能考虑结构的整体稳定,且结构整体失稳往往先于结构构件的局部失稳,所以需要计算大量的屈曲模态以得到不同构件的局部失稳模态,进而综合判断不同杆件的临界荷载。

  2. 在(欲求计算长度系数的)构件两端沿杆件轴向施加一对大小相等、方向相反的单位节点力。这种方式的分析目标明确,操作易行,但可能和杆件的实际受力状况有差距。

还需要注意一点,应对构件进行适当剖分,以捕捉其局部失稳的屈曲模态。

简言之, 确定构件的计算长度系数是一个复杂的问题,这里仅给出一些做法供大家参考、讨论。另外,参考AISC(美国钢结构规范)关于直接分析法(Direct Analysis Method)的使用,尚若在分析过程已经考虑了二阶效应、初始缺陷的影响,此时构件的计算长度系数可以取为1


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