马洪伟[1]2008年在《半刚性空间钢框架的弹塑性分析》文中研究说明钢结构具有自重轻、强度高、延性和抗震性能好、绿色环保、施工速度快等优点,深受国内外建筑师和结构工程师的青睐。钢结构框架体系不仅可用于多、高层民用建筑,还可用于单、多层工业厂房。随着我国经济实力地进一步增强和技术水平地不断提高,钢结构必将得到越来越广泛地应用,成为我国建筑工业中主要的结构体系之一。目前,国内外钢结构设计存在两个方面的不足:首先在结构的分析方面,经典框架结构线弹性分析只考虑结构构件弯曲变形、剪切变形和轴向变形影响,没有考虑材料非线性、几何非线性和初始缺陷等的影响;其次在结构设计验算方面,由于构件达到极限承载力状态时一般处于弹塑性状态,采用结构弹性状态分析所得的内力与弹塑性状态下的内力必定不一致,因而构件设计的可靠度并不是真实的可靠度。本文在现有研究的基础上重点对结构几何非线性和材料非线性的几个热点问题进行了研究,主要做了以下几个方面的工作:1、叁维梁柱单元的几何非线性分析。本文采用非线性连续介质力学中叁维连续体的有限变形理论的基本原理,并运用更新的拉格朗日列式法建立叁维梁柱单元虚功方程,再根据梁柱理论推导出计及轴力和剪切变形影响的梁柱单元真实的横向位移和转角位移,将传统的梁柱理论与有限元技巧相结合,建立了包括多种耦合项在内的严格叁维梁柱单元几何非线性增量刚度方程。其中的叁维梁柱单元的弹性切线刚度矩阵,包括了弓形效应,轴向变形与弯曲、轴向变形与剪切等各耦合项的Wagner效应。这个方程比较全面地反映了轴向变形、剪切变形等其耦合项对单元刚度矩阵的贡献,可以比较准确预测结构的失稳模态和稳定承载力。该法采用一个单元的方式即可获得结构分析的较高精度,为大型复杂结构的几何非线性分析开辟了一条高效简捷的途径。2、叁维梁柱单元的材料非线性。在已有简化塑性区单元模型基础上,根据非线性连续介质力学理论和弹塑性理论,建立了叁维梁柱单元在局部坐标系下的材料非线性增量刚度方程。这种方法所建立的增量刚度方程,可用于叁维结构的双重大位移分析;同时由于所用模型是通过引入单元截面弹塑性影响因子和轴向弹塑性影响因子,来反映塑性沿构件截面扩展和梁柱塑性沿构件长度方向扩展的效应,因此其计算工作量相对于塑性区模型大为减少,与塑性铰模型相比,其计算工作量增加不多,既便于实际应用,又具有较高的结构分析精度,可满足结构高等分析的要求。3、半刚性连接空间钢框架的非线性分析。空间结构的半刚性性能研究比较困难,本文在半刚性连接非线性性能的研究方法和连接模型基础上,推导了半刚性连接空间杆单元几何非线性刚度方程,讨论了非线性刚度方程的求解方法以及在ANSYS中所使用的方法。最后,两个例题分别建立了平面双跨二层、空间单跨叁层模型,详细分析了在竖向荷载及水平荷载作用下的刚性连接钢框架与半刚性连接钢框架的性能异同,得出了基于结构高等分析所提出的半刚性空间钢结构框架体系高等分析,不仅可以符合构件的实际受力状况,还可精确地计算多层钢框架的水平位移,可供工程设计人员以及研究人员参考使用。
顾正维[2]2003年在《钢结构半刚性连接的非线性分析》文中认为钢结构的连接可分为刚性连接、半刚性连接、理想铰接。传统的钢框架分析和设计都假定梁与柱的连接是完全刚性的，或是按理想铰接的。而实际全部使用的连接都是介于刚性与理想铰接之间的半刚性连接。 1994年发生的北岭地震(Northridge Earthquake)和1995年发生在日本兵库县南部的阪神地震(Hyogoken Nanbu Earthquake)表明，采用刚性连接的梁柱节点延性较差，容易发生脆性破坏。而半刚性连接如角钢连接、伸展端板螺栓连接、T型钢连接等节点连接具有较强的耗能能力去抵抗一部分地震荷载，它能提供更多的屈服容量和延性容量，同时可节省点的用钢量，这使半刚性连接成为一种既经济又可靠的连接方式。 本文通过节点连接的足尺模型试验和有限元分析，对角钢连接和伸展端板螺栓连接的两类半刚性梁柱节点的承载性能、各组件的受力、螺栓的受力特征进行了研究，主要内容包括： 1．足尺试验：进行了两种角钢连接、叁种伸展端板螺栓连接共五种梁柱节点的足尺试验，分析比较了它们在单调荷载作用下的承载力—位移的变化关系以及节点各连接件之间的应力应变关系。 2．有限元分析：根据试验中的五种节点形式，建立了与试验节点相类似的九种节点模型的有限元模型，使用通用有限元分析软件ANSYS，对模型进行了弹性和弹塑性分析，并且与试验结果进行了比较。 通过深入分析试验和有限元计算结果，作者取得了以下成果： 1，总结了五种节点的破坏模式，在有限元和试验结果对比的基础上，分析了不同节点中各组件的受力特征和荷载——位移变化规律以及不同节点的弹性刚度的大小。 2．本文的研究表明：伸展端板螺栓连接是一种既有较强的节点刚度又有较强的延性，是值得推广的一种半刚性的梁柱节点形式。两端伸展的端板螺栓连接(四排螺栓或五排螺栓)是一种较为理想的连接方式。 3．半刚性梁柱连接中的组件—螺栓，它在节点连接中起着至关重要的作用。螺栓在端板连接中的受力与很多因数有关，如：螺栓的预紧力、螺栓的排列位置、螺栓的直径、螺栓的材料等。螺栓在预紧力和外荷载的共同作用下，螺栓内部的受力是非线性变化的。 论文对厂高州蝶朴的受力性能进行了较深入的分析，为半刚性钢结点的设计提供1多饮妃十． 卜达川1丁已成以，人W1纤对勾V点的半叫什卜连接的比l论和设计方法的研究以及探索新w的W为＊bL，仍供了有价值的数抓忖H参考依扰Z。
周楠楠[3]2007年在《半刚性连接钢框架抗震性能的非线性有限元分析》文中研究说明高层建筑钢结构的结构形式很多，但是钢框架结构是高层建筑钢结构中最基本的一种结构形式。通常在设计框架的时候，都将框架的连接节点考虑成刚度无穷大的刚性节点或刚度为零的铰接节点。虽然对连接性能的这种理想化假设简化了钢框架的分析和设计过程，但采用理想的连接模型在很多情况下是不合理的，也不能反映结构工作的实际情况，计算结果误差很大，有时甚至会得到错误的结论。在实际工程中，钢框架连接性能往往介于两者之间，呈半刚性连接。按照完全刚接分析则夸大了节点约束的作用，偏于不安全；按理想铰接分析则忽略了节点约束的有利作用。因此，在钢框架的分析和设计过程中应充分考虑半刚性连接节点的影响。多次地震表明，采用完全焊接刚性节点的钢框架因节点延性差、残余应力大，容易发生脆性破坏，而半刚性连接钢框架因节点具有较强的变形和耗能能力可以抵抗一定的地震荷载。本文的目的是通过对典型的半刚性连接钢框架结构抗震性能的分析研究，为钢结构抗震设计提供一定的理论参考。本文首先介绍了国内外有关半刚性连接的研究概况、水平和发展趋势，综述了半刚性连接已有的研究成果和各国规范中对于半刚性连接的规定，提出了目前的研究工作还存在的主要问题及实际的研究价值，探讨了双腹板顶底角钢半刚性连接的初始连接刚度和连接的极限弯矩承载力。本文还进行了半刚性连接钢框架结构的拟静力试验。通过试验考察半刚性连接钢框架结构在循环荷载作用下的弹塑性性能。通过对试验数据的分析，了解结构在丧失极限承载力后的破坏形态和塑性铰出现的顺序，并对该种连接的滞回性能、延性和耗能特性等进行了探讨。本文还利用ANSYS程序对半刚性连接节点和钢框架进行非线性有限元模拟计算分析，并与试验结果进行分析比较，并得出一些有益的结论。最后在总结本文工作的基础上，提出了本课题尚待解决的问题。
刘传斌[4]2007年在《半刚性高强螺栓外伸端板连接钢框架的受力性能研究》文中研究说明针对半刚性高强螺栓外伸端板连接的钢框架，本文着重研究了其受力性能以及高强螺栓外伸端板节点本身的非线性性能，并提出对于端板连接节点形式的钢框架结构设计的改进建议，主要内容和成果如下：1．推导了半刚性连接钢框架结构非线性理论分析中梁单元的扩大弹塑性增量矩阵、柱单元的扩大弹塑性增量矩阵方程，并通过计算算例进行论证；2．从能量法的角度出发，考虑节点的非线性弯矩—转角关系、荷载效应、梁端和柱端在不同边界情况等因素的影响，推导了有侧移半刚性连接框架柱的有效长度系数方程式和半刚性连接刚架柱计算长度的修正刚度系数方程。3．运用推导的修正刚度系数法分别对单跨双层、双跨双层以及双跨多层叁种钢框架结构在不同节点初始刚度下的受力性能进行分析，并与有限元方法计算结果进行比较；4．为了考查节点的半刚性性能差别，分别对12个节点模型进行非线性分析，比较了其节点刚度、接触面应力分布、端板变形和撬力作用的差异；5．根据半刚性节点的有限元计算结果分析了端板厚度、螺栓的不同排列方式和螺径变化对半刚性节点受力性能的影响。研究结果表明，端板厚度、螺栓直径以及螺栓间的间距对节点承载力影响较大；其次，当端板和螺栓同时达到极限承载力屈服时，梁受拉翼缘内侧的螺栓受力较外侧螺栓大。端板连接计算时，高强螺栓因撬力效应而承受的拉力达到10％～50％，其中以受拉翼缘内侧螺栓的撬力效应更为显着，因此必须考虑撬力作用效应。本文的研究成果不仅可为实际工程设计提供参考，而且可为完善相关的技术标准提供理论依据。
胡习兵[5]2006年在《半刚性连接平面钢框架结构弹塑性分析及抗震性能研究》文中进行了进一步梳理在传统的钢框架结构设计中,人们通常将梁柱节点连接假设成完全刚接或理想铰接,以方便计算。事实上,大部分梁柱节点的连接性能介于两者之间,属于半刚性连接节点的范畴。大量的研究表明,节点连接的半刚性对钢框架内力、位移、结构的极限承载力以及结构动力性能的影响相当大,不容忽视。针对半刚性梁柱连接节点的非线性性能对钢框架结构受力性能的影响,本文主要作了以下方面工作:1、根据半刚性连接节点的力学性能,提出了一种适合于一般平面钢结构弹性分析、弹塑性静力分析、弹性时程分析和弹塑性时程分析的结构计算分析新模型。该方法能克服传统计算模型所不能处理的问题,且使用方便。2、在梁柱理论的基础上,通过修正单元的转角-位移方程,推导了半刚性连接平面钢框架结构的弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵。根据小变形迭加原理,推导了半刚性连接杆单元在任意荷载作用下的杆端内力计算公式。在上述基础上,进行了半刚性连接平面钢框架结构的二阶弹性分析和二阶弹塑性分析,同时采用FORTRAN语言编制了相应的结构非线性分析计算程序,并使用该程序进行了大量的计算,分析了梁柱节点连接的半刚性对结构的节点位移、单元内力、二阶效应和结构极限承载力的影响程度。3、提出了半刚性连接平面钢框架结构的稳定控制简化方法和结构在静力荷载作用下的简化计算方法。利用该方法,分别可以求解结构楼层的临界重力荷载和任意荷载作用下的结构内力和侧移。4、由虚功原理和梁柱理论,推导了半刚性连接杆单元的质量矩阵,采用Reilay阻尼和Wilson-θ数值积分法,进行半刚性连接平面钢框架结构的弹性时程分析和弹塑性时程分析,并使用FORTRAN语言进行了相应的结构计算分析程序编制,并使用该程序进行了大量的计算,分别分析了连接的半刚性对无柱间支撑和有柱间支撑平面钢框架结构在地震荷载下的结构反应特性。研究发现:无柱间支撑钢框架结构对连接的半刚性性能非常敏感,在高层钢框架结构中不宜使用转动刚度较小的半刚性连接形式。5、根据小变形迭加原理,提出了半刚性连接平面钢框架结构抗震简化计算层模型,推导出了结构的楼层侧移和抗侧刚度近似计算公式,并求出了半刚性连接钢框架结构柱的反弯点高度计算公式。通过分析结构楼层的几何参数对结构基本自振周期的影响,拟合出了半刚性连接平面钢框架结构基本自振周期的近似计算公式。通过算例分析表明:本文所提的层模型和近似计算公式都具有较高的计算精度,可以用于半刚性连接平面钢框架结构的抗震初步设计。
程华虎[6]2011年在《半刚性钢框架稳定性分析及承载性能研究》文中研究说明目前在我国现行的钢结构设计规范中，明确指出在钢结构设计时贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。然而在钢框架的传统分析和设计中，时常将梁柱连接假定成完全刚接或理想铰接。虽然理想化的假设可以简化分析和设计的过程，但是实际工程中运用的全部连接均是处于完全刚接和理想铰接两者之间，所以这样假定必定会造成一定的误差，甚至是错误的结果。因此，为了能够准确合理地分析钢框架的实际工作性能，应在钢框架的分析和设计中考虑几何非线性及节点半刚性的影响。本文在广泛了解半刚性节点及半刚性钢框架分析方面，国内外已有实验、理论、数值研究工作的基础上，对半刚性钢框架的整体稳定性及承载性能进行了相关的理论和数值分析研究，得出了一些实用性的结论，以期对半刚性钢框架的理论分析和工程设计起指导和借鉴作用。本文具体完成的工作如下：首先，总结了国内外半刚性钢框架的发展历史和研究现状，概括了半刚性连接的基本理论及半刚性钢框架的非线性分析理论，研究了考虑连接半刚性梁单元及考虑几何非线性柱单元的刚度矩阵。其次，本文通过引入半刚接梁单元刚度矩阵和柱单元几何刚度矩阵，集成了包含连接柔性和构件几何非线性的整体刚度矩阵，通过采用有限单元法推导出了单层半刚性钢框架屈曲荷载的一元二次代数方程和多层半刚性钢框架的稳定特征方程，并应用MATLAB语言编制程序用以计算半刚性钢框架整体失稳的屈曲荷载，得到了半刚性钢框架的屈曲荷载。并将计算结果与采用柱的有效计算长度系数法解得的精确解进行了对比分析。研究结果表明：本文所推导的有限单元法与柱的有效长度系数法所得计算结果基本一致。再次，本文对半刚性钢框架承载性能进行了研究，应用矩阵位移法推导出了梁柱刚度比对半刚性钢框架内力和位移影响的计算公式，采用MATLAB语言编制程序进行了相关的计算，解出了半刚性钢框架的内力和位移。并将计算结果与相应的完全刚接钢框架进行了比较分析，得出了一些供工程设计参考的结论。最后，对半刚性钢框架的今后进一步研究工作提出了一些展望。
刘冬[7]2012年在《考虑半刚接节点的石油井架结构力学性能研究》文中认为作为油田勘探与开发过程中重要的承载构件,井架是钻机系统起升设备中必不可少的组成部分。由于钻井作业常常要在野外恶劣的环境下进行,其工作环境远比一般的钢结构物恶劣。近十几年来,各大油田的科研单位、高校等采用了多种研究方法对在用井架结构安全进行评定分析,以此来保障油田开采过程中的安全性。目前,对石油井架进行安全评定工程上最常用的方法是现场测试井架应力、位移及结构动态特性,以测试数据为基础,按照线性外推的方法确定井架的承载能力。随着有限元技术的发展,现场测试与有限元模拟相结合成为井架结构分析的最主要的研究方法。井架结构各构件之间,通过连接的方式组装成整体结构。采用的连接方式一般为焊接连接、销座耳板连接和螺栓连接。连接方式及连接节点性能直接影响结构的工作性能。根据连接节点刚度的不同,连接分为刚性连接、半刚性连接和铰接连接叁种类型。对石油井架结构进行有限元分析时,通常将井架各杆件间的连接考虑成完全刚接的形式进行计算,这与现场使用多年的在用井架的实际情况不相符,计算结果必然带来误差。本文将立柱与横拉筋之间的焊接节点作为半刚性连接节点考虑,研究半刚性连接节点对井架结构力学性能的影响。文章首先介绍了钢结构梁柱连接的类型及其特点,以及半刚性梁柱连接的研究方法和受力性能。研究梁端节点连接的柔性对连接的非线性性能的影响,推导了平面钢架半刚性梁单元、空间钢架半刚性梁单元的单元刚度矩阵的具体表达形式。利用组件法推导了焊接节点初始刚度的理论计算公式,对其计算结果与相应的有限元计算结果进行对比分析,表明结果吻合较好。采用双向变刚度零长度螺旋弹簧模拟节点的半刚性,介绍了具体的实现方法和步骤,并由此建立了半刚性连接井架的有限元模型。研究了半刚接节点对石油井架结构的内力及位移、结构稳定动力特性及极限承载能力的影响。
王连坤[8]2008年在《基于薄壁构件理论的空间钢框架高等分析方法研究》文中认为全面的计算分析是现代结构设计的基础,合理、可靠的理论模型和精确的计算分析具有很重要的现实意义。而当前钢结构设计方法需要借助有效长度系数单个构件进行稳定验算,不能精确考虑结构系统与结构构件之间的相互作用,没有考虑非弹性内力重分布,不能预测结构系统的失稳模态。因此既能考虑结构的各种非线性因素,又能精确模拟单个构件设计校核的高等分析成为当前研究的热点课题之一。高等分析实际上是二阶弹塑性结构分析方法,在分析时结构模型能充分描述结构系统的强度与稳定性,从而不需要进行单个构件的承载力验算。为完善空间钢框架结构的高等分析理论,本文针对目前钢结构设计、分析存在的问题及当前数值积分单元精度和计算效率不高的缺点,基于有限单元法和梁柱理论推导了修正塑性铰空间梁柱单元,单元可以考虑几何非线性、材料非线性、初始缺陷、剪切变形、弯曲缩短(弓形效应)和连接柔性、弯扭屈曲和翘曲的影响,利用面向对象的C++语言编制了程序,建立起较为通用和精确的钢框架高等分析方法,并通过多个算例证明了本文单元的精度和有效性。主要研究工作如下:首先根据连续介质力学有限变形理论,采用更新的拉格朗日列式,将传统的梁柱法与有限元法相结合,利用虚位移原理和考虑剪切变形效应的稳定插值函数推导了空间钢框架结构梁柱单元二阶弹性分析的刚度矩阵;在考虑翘曲变形的分析中,基于薄壁构件Kollbrunner-Hajdin修正约束扭转理论,推导了翘曲扭转插值函数来描述翘曲变形,导出了考虑几何非线性、剪切变形、翘曲变形、双向弯曲、扭转、初始几何缺陷和轴向变形等因素影响的梁柱单元几何非线性增量刚度方程。分析了叁维空间的转动特性,研究了梁柱单元常用的几种坐标转换矩阵更新方法;对力矩的保守性,及其五种不同的分量形式展开研究;将自然变形法和外部刚度法计算不平衡力的过程由普通梁柱单元扩展至考虑翘曲自由度的空间薄壁梁柱单元;而在求解方面,总结了现有多种解法的优缺点,并将各种增量迭代表示方法整理为统一表达式,选择牛顿—拉斐逊方法和广义位移法作为本文非线性方程组的求解方法。讨论了几种塑性区分析模型,以纤维单元塑性区分析为基础,基于结构钢各向同性塑性累积损伤的本构关系,推导了考虑材料损伤和混合强化本构关系的弹塑性刚度矩阵。介绍了精细塑性铰模型中截面屈服面方程、残余应力的考虑方法、截面渐进屈服的考虑方法;对目前二阶非弹性分析时采用的内力屈服面进行了研究后,对Orbison屈服面方程进行了改进,首次同时引入单元截面弹塑性铰参数α和轴向变形影响系数p,提出一种既能反映塑性在构件截面扩展,又能反映塑性沿构件长度方向(轴向)扩展的结构二阶非弹性分析的修正塑性铰单元模型;模型中同时考虑了残余应力的影响,能较为精确地描述渐进塑性效应。钢结构梁柱节点的行为是非线性的,在极限分析时考虑节点柔性的影响是必要的。在综述半刚性连接非线性性能的研究方法基础上,详细介绍了半刚性连接的模型及其特性;对柱弱轴顶底角钢半刚性节点进行了试验研究,还提出了一种新的柱弱轴半刚性节点形式,研究了该节点形式的性能,并与柱强轴半刚性连接进行了对比;重点研究了本文修正塑性铰梁柱单元考虑连接柔性的具体方法,推导了半刚性连接钢框架结构空间二阶非弹性分析的切线刚度矩阵。在综述节点域模型基础上,以简捷的方法导出了整体坐标系下节点单元和叁维梁柱单元的切线刚度矩阵,建立了考虑节点域剪切变形影响的半刚性连接空间钢框架双重非线性增量刚度方程。最后根据上述修正塑性铰理论梁-柱单元基本方程,编制了程序并对若干典型算例、试验结果和一些有代表性的钢框架结构进行了静力分析。结果表明:本文单元可以有效的考虑几何非线性、材料非线性、初始缺陷、剪切变形、弯曲缩短和连接柔性、弯扭屈曲和翘曲等多种因素的影响,通常每根构件只需很少单元模拟就能达到良好的精度;由于本文修正塑性铰梁柱单元不需要进行数值积分运算,因此计算效率较高,进行大型结构分析时,可以节省很多计算时间。
刘帅[9]2012年在《钢结构梁柱端板、角钢半刚性节点的试验研究与有限元分析》文中研究说明近年来，我国高层及超高层、大跨度、复杂空间等钢结构工程得到了迅速的发展。在钢框架结构计算和分析中，将梁柱节点简化为理想铰接或完全刚接，忽略节点的柔性是不合理的。试验结果表明，实际工程中绝大多数节点都属于半刚性节点，实际上钢框架设计应按半刚性节点设计，以保证其更接近结构的真实情况。钢框架结构采用半刚性节点可以延长周期、减少振幅、增加结构的阻尼，对于结构的抗震有利。针对钢框架梁柱半刚性节点受力复杂、强度及刚度影响因素多等问题，本文首先概述半刚性连接的分类和基本特性、半刚性连接的数学模型与数据库，其后介绍了半刚性节点的各种研究方法，提出了不同研究方法的适用条件。首先采用静力试验的方法对钢框架梁柱端板、角钢两种典型的半刚性连接节点进行研究，共制作了5个试验试件，分析其受力性能和破坏模式，探讨了这两种类型的半刚性节点的承载力大小、影响因素和刚度特征等，给出了半刚性节点构件的弯矩—转角曲线。并根据试验结果，讨论两种半刚性连接的异同，提出端板连接是一种承载力和延性性能较好的半刚性节点连接型式，为理想的钢结构半刚性抗震节点连接的设计与应用提供试验依据。而后采用ANSYS分析的方法对这两种类型的连接进行模拟和分析。模拟时，为了保证与静力试验结果很好的吻合，所采用的试件尺寸及材料的性质均与静力试验相同。利用ANSYS分析外端板、角钢两种典型的半刚性连接节点应力、应变等特征,取得其弯矩-转角曲线并与试验结果对比分析。可知，ANSYS分析结果与试验结果吻合程度较好，虽然存在一定的误差，但是误差在允许范围之内，说明大型有限元软件可以很好的模拟工程实际问题，能够弥补采用试验方法研究的不足。最后，通过对比分析试验结构与ANSYS分析结果，分析误差产生的原因，得出一些结论，并为以后对半刚性节点的研究提出了一些展望。
刘坚[10]2003年在《基于结构极限承载力的轻型钢框架结构的计算理论及应用研究》文中研究指明钢结构具有轻质高强、抗震性能好、工业化程度高、施工速度快、符合环保要求、符合可持续发展概念和科技含量较高等优点，随着我国实行积极采用钢结构的政策以及我国钢总产量进一步提高，建筑钢结构得到迅速的发展，特别是在住宅、办公和旅馆等钢结构建筑中得到越来越广泛的运用。在建筑钢结构中，钢框架结构是一种多高层建筑常用的结构形式，但钢框架结构容易失稳，另一方面，钢结构设计方法存在着结构弹性内力分析与构件弹塑性极限状态设计、把强度与稳定分开来进行设计等不合理现象，因此，对解决以上问题进行研究具有理论和现实意义。随着多高层轻型钢框架的广泛应用，它的设计理论与方法是目前学术界和工程界普遍关注的热点问题。虽然人们已对多高层钢结构的空间静、动力特性进行了大量研究，但由于涉及因素很多，十分复杂，至今许多问题尚未圆满解决，特别是多高层轻型钢框架二阶非弹性分析的计算理论和方法。在计算机迅速发展的时代，使得人们在进行试验研究的同时，有可能通过理论分析进一步认识和发展多高层轻型钢框架二阶非弹性的计算理论，建立基于结构极限承载力的设计理论和方法，研究有效和实用的方法，以达到为轻型钢结构工程设计服务的目的。在分析国内、外有关研究成果基础上，本文主要研究和探讨了基于结构极限承载力的轻型钢框结构架计算理论和应用，重点研究和建立了轻型钢框架结构二阶非弹性分析方法和基于结构极限承载力的计算理论和设计方法。采用计算机高级编程语言，实现了可完成以上理论分析的数值分析计算程序，为轻型钢框架的二阶非弹性分析及基于结构极限承载力的设计方法提供了方便实用的应用工具和手段。通过算例和ANSYS软件论证了本文方法的实用性、有效性和可靠性，并且对基于遗传算法的多高层轻型钢框架优化设计方法也进行了研究。论文主要工作和主要结论如下：（1）根据连续介质力学理论，建立了考虑剪切变形效应的基于稳定插值函数的多高层轻型空间钢框架几何非线性分析的有限元模型；利用修正的拉格朗日列式，从增量虚功平衡方程出发，推导了钢框架结构梁柱单元空间二阶弹性分析的刚度矩阵；研究了基于稳定插值函数考虑剪切变形效应的钢框架空间几何非线性分析的梁柱理论模型。在‘拉弯模型’基础上，首次提出了扭转翘曲稳定函数的概念和计算公式，并推导了基于扭转翘曲稳定插值函数的开口轻型薄壁梁柱单元的扭转翘曲刚度矩阵；同时提出了侧扭几何刚度矩阵；（2）基于平面精细化塑性铰模型，考虑梁柱构件的剪切变形、侧扭变形、翘曲<WP=6>变形、效应、残余应力、几何初始缺陷和材料渐进屈服等影响后，把平面钢框架精细化塑性铰法推广应用到轻型框架空间二阶非弹性分析中；把有限元法与梁柱理论法结合起来，提出了一种新的轻型钢框架空间二阶精细化塑性铰分析法；建立轻型钢框架结构极限承载力的设计方法；研制了基于精细化塑性铰概念的轻型钢框架空间二阶非弹性分析软件，成功地实现了轻型钢框架结构空间二阶非弹性分析及基于结构极限承载力的设计方法。通过ANSYS软件实现了轻型钢框架空间二阶塑性区分析，同时还与一些试验结果及算例进行了对比，利用这些方法验证了本文提出的理论和方法的正确性及精度。（3）针对目前各种连接模型都存在一定缺陷，提出基于神经网络BP算法的半刚性连接节点计算模型。推导了半刚性连接轻型钢框架结构空间二阶非弹性分析新的切线刚度矩阵，建立半刚性连接轻型钢框架结构空间二阶非弹性分析和结构极限承载力设计新的计算方法。在考虑节点半刚性连接、效应和剪切变形之后，提出了柔性连接多高层轻型钢框架结构自振周期的简化计算公式，这使采用底部剪力法在计算柔性连接多高层轻型钢框架地震作用时，更加符合半刚性连接多高层轻型钢框架的实际受力和变形特点。（4）结合本文轻型钢框架的二阶非弹性分析的计算理论和方法及结构极限承载力的设计方法，将遗传算法引入轻型钢框架结构的优化设计中，这为合理地进行轻型钢框架结构工程设计提供了有利的工程指导。
参考文献：
[1]. 半刚性空间钢框架的弹塑性分析[D]. 马洪伟. 兰州理工大学. 2008
[2]. 钢结构半刚性连接的非线性分析[D]. 顾正维. 浙江大学. 2003
[3]. 半刚性连接钢框架抗震性能的非线性有限元分析[D]. 周楠楠. 山东科技大学. 2007
[4]. 半刚性高强螺栓外伸端板连接钢框架的受力性能研究[D]. 刘传斌. 南昌大学. 2007
[5]. 半刚性连接平面钢框架结构弹塑性分析及抗震性能研究[D]. 胡习兵. 湖南大学. 2006
[6]. 半刚性钢框架稳定性分析及承载性能研究[D]. 程华虎. 南昌航空大学. 2011
[7]. 考虑半刚接节点的石油井架结构力学性能研究[D]. 刘冬. 东北石油大学. 2012
[8]. 基于薄壁构件理论的空间钢框架高等分析方法研究[D]. 王连坤. 西安建筑科技大学. 2008
[9]. 钢结构梁柱端板、角钢半刚性节点的试验研究与有限元分析[D]. 刘帅. 辽宁科技大学. 2012
[10]. 基于结构极限承载力的轻型钢框架结构的计算理论及应用研究[D]. 刘坚. 重庆大学. 2003
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