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利用屈曲分析求構(gòu)件的計算長度系數(shù)
創(chuàng)建者:王龍,編輯者:王龍,最近更新:2015/03/20 13:31:03

問題描述:

在某些情況下,無法采用規(guī)范的方法得到構(gòu)件的計算長度系數(shù)。比如:1) 桿件的連接關(guān)系復雜,或梁柱以非正交的形式連接;2)難以判斷結(jié)構(gòu)屬于有側(cè)移框架還是無側(cè)移框架;3)不同規(guī)范對鋼管混凝土柱承載力的計算公式不統(tǒng)一……那么,此時應如何評估構(gòu)件的計算長度系數(shù)呢?

解答:

桿件的計算長度系數(shù)與其穩(wěn)定性相關(guān)。工程上常通過屈曲分析(結(jié)合歐拉公式),反算構(gòu)件的計算長度系數(shù)。

由歐拉公式:

得計算長度系數(shù)

其中,I為構(gòu)件在屈曲方向的慣性矩。這樣只要得到關(guān)于構(gòu)件穩(wěn)定的臨界荷載Pcr,就可以按照上式反算計算長度系數(shù)。

臨界荷載Pcr與結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和構(gòu)件兩端的約束條件都相關(guān)。對于合理的結(jié)構(gòu)模型,構(gòu)件兩端的約束條件由程序自動考慮,但結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)則與施加的荷載相關(guān)。不同的荷載分布將得到不同的臨界荷載,進而得到不同的計算長度系數(shù)。因此,用戶在定義屈曲分析工況時要根據(jù)實際情況選擇合適的荷載分布。這里提供兩種加載形式供參考:

  1. 恒載+活載(標準值)。這種方式能考慮結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定,且結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)往往先于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部失穩(wěn),所以需要計算大量的屈曲模態(tài)以得到不同構(gòu)件的局部失穩(wěn)模態(tài),進而綜合判斷不同桿件的臨界荷載。

  2. 在(欲求計算長度系數(shù)的)構(gòu)件兩端沿桿件軸向施加一對大小相等、方向相反的單位節(jié)點力。這種方式的分析目標明確,操作易行,但可能和桿件的實際受力狀況有差距。

還需要注意一點,應對構(gòu)件進行適當剖分,以捕捉其局部失穩(wěn)的屈曲模態(tài)。

簡言之, 確定構(gòu)件的計算長度系數(shù)是一個復雜的問題,這里僅給出一些做法供大家參考、討論。另外,參考AISC(美國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范)關(guān)于直接分析法(Direct Analysis Method)的使用,尚若在分析過程已經(jīng)考慮了二階效應、初始缺陷的影響,此時構(gòu)件的計算長度系數(shù)可以取為1。


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