考虑局部屈曲的变截面门式刚架结构的整体性能

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1、致谢本论文的工作是在我的导师杨娜教授的悉心指导下完成的，杨娜教授一丝不苟的作风，严谨求实的态度，令我在两年的学习中受益匪浅。同时，杨老师在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此衷心感谢两年来杨老师对我的关心和指导。在实验室工作及撰写论文期间中，得到了陈爱国老师的大力指导和帮助，邢佶慧老师也不时的为我指点迷津，在此向他们表示深深的谢意；我的师兄乔磊及课题组的栗荣刚、白杨等同学对我论文的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。感谢我的同学们，大家和睦相处，团结互助；感谢我的朋友，他们使我的生活充满乐趣，学习工作有了干劲；感谢我的室友，朝夕相处

2、，维系着彼此之间姐妹般的感情；感谢课题组的师长们、同学们对我的指导和关心，在实验室的那份融洽令我留恋。另外也深深感谢家人和我的男友吴锋，没有他们的理解和支持我也无法在学校专心顺利地完成我的学业。第一章绪论1．1研究背景1绪论门式刚架作为一种房屋结构形式用途十分广泛，具有造型美观、价格便宜、抗震性能好、布置灵活、施工速度快等优点，近年来在中小型厂房、仓库、大型超市等方面得到广泛的应用，许多国家如英、美、日、澳等已把它作为一种经济快捷的建筑结构体系以商品的形式出售。我国轻型门式刚架结构体系起步较晚，是在引进国外的相关材料和软件的基础上发展起来的。随着压型钢板、冷

3、弯薄壁型钢、H型钢的大批量生产得以实现，轻型门式刚架结构体系得到了较为广泛的推广。轻型门式刚架结构体系是以焊接H型钢为梁柱，以冷弯薄壁型钢为檩条、墙梁、墙柱，以压型钢板为屋面板、墙板，并以门式刚架为其主要承重部件的结构体系。为了使构件截面适应弯矩的变化以达到轻盈美观与节省材料的双重效果，梁柱构件经常采用变截面形式，如图1-1所示。焊接H形实腹截面，板厚一般在16mm以下，腹板高厚比较大，允许腹板局部失稳，并按有效截面特性验算构件的强度和稳定性¨1。门式刚架属于平面受力体系，非常适宜于跨度在18--36m之间、柱距6-9m、平面尺寸狭长的建筑，这使其成为国内外

4、大规模现代化工业厂房首选结构形式。目前这种结构在我国实际工程中最大跨度已超过70米，厂房单体最大建筑面积超过了7．5万平方米。(a)变截面门式刚架结构(b)刚架弯矩图图1．1轻型门式刚架结构Fig．1-!Diagramofportalframe为了适应轻型门式刚架结构体系迅速兴起的市场要求，我国工程建设标准化协会于2002年重新修订了《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102：2002)北京交通人学硕十学位论文【21，该规程为我国轻型门式刚架结构体系的设计、生产、施工提供了依据。1．2变截面门式刚架结构的研究概况1．2．1门式刚架及其构件的静力稳定性

5、能钢结构的稳定问题可分为两类：一类是结构及其构件的整体稳定；另一类是组成构件的板件的局部稳定，包括腹板的局部稳定和受压翼缘的局部稳定。现行的设计规范将这两类稳定问题分别独立处理。通过限制腹板的宽厚比和翼缘的宽厚比来控制构件不发生局部屈曲或者局部屈曲的临界荷载高于构件的整体屈曲临界荷载；而对于整体稳定则是通过满足整体稳定公式来保证的。但是实际上，这两类稳定问题经常是相关的，即结构或构件在发生整体失稳时也伴随着组成它的板件的局部失稳，这种现象被称为相关屈曲。而关于门式刚架结构及其构件的研究也多分为两类，一类研究针对门式刚架及变截面构件的整体稳定性能，包括门式刚架

6、的失稳模式，稳定承载力，计算长度法的改进等；另一类研究则是在考虑结构及其构件的相关屈曲性能的基础上进行的。早在二十世纪五十年代就已有学者开展了第一类研究。美国学者Amiyikian(1950)首次对变截面框架结构进行了内力分析及研究，提出了采用表格及曲线图来表达弯矩分布系数的方法。此后，经过不少学者的大量分析和试验研究，给出了有侧移和无侧移楔形变截面门式刚架的计算图表【3】。Foggel和Ketter【4】(1962)对楔形变截面构件的弹性屈曲强度问题进行了研究，考虑了两种不同的截面变化形式：一种是工字形截面楔形构件，假定其材料集中于翼缘，腹板呈线性变化，另

7、一种是箱形截面楔形构件，给出了这两种变截面构件的平面内弹性屈曲方程。John．C．ErmopoulosIS】(1986)在Jemes．M．Gere和Winfred．0．Carter的研究基础上，研究了楔形变截面构件在轴心荷载作用下的弹性临界荷载值。通过对三种不同杆端约束条件的分析，得到相应的特征方程，并给出一系列的曲线图和表格。由此即可确定相应截面形式、边界条件下构件所具有的最大临界荷载。J．M．Davies(1990)【6】用能量法对山形铰接刚架进行了平面内的稳定分析，考虑了斜梁轴力的影响，给出了较为复杂的计算公式，但此分析仅限于等截面构件。我国对变截面门

8、式刚架的研究主要集中在近十几年。t996年周敏辉【7