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大坡度轻型门式刚架静动力性能分析
作 者: 袁婷
导 师: 戴绍斌
学 校: 武汉理工大学
专 业: 结构工程
关键词: 门式刚架 屋面坡度 稳定性 时程分析
分类号: TU392.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
轻型门式刚架结构体系有着用钢量少、外形美观、施工快、造价低、质量轻等优点,目前十分广泛地应用于单层或多层工业厂房中。近年来对门式刚架的研究也越来越多,包括刚架的跨度、柱高等因素对结构整体稳定性、抗震性能、结构优化等的影响,但是对于屋面坡度的分析与研究相对较少。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)4.1.5规定,门式刚架轻型房屋的屋面坡度宜取1/8-1/20。而在很多的实际工程中,由于建筑立面效果的需要、屋面排水的要求等,往往将刚架的屋面坡度设计得超出规范的限值。屋面坡度越大,斜梁内的轴力越大,对钢柱的约束也越大,坡度对刚架的稳定性、抗震性能的影响均不可忽略。因此,本文从坡度出发,分别对不同坡度刚架的静力、稳定性和动力特性进行了分析,研究了坡度对刚架受力性能的影响,并提出了大坡度刚架的设计建议,以期为实际工程中大坡度门式刚架的设计提供参考。本文的主要研究内容如下所示。1、研究不同坡度单榀门式刚架在静力荷载组合作用下的受力性能,包括内力、位移、变形等。并选取了坡度1/12、12/12的刚架,并分别分析柱脚的连接情况、高跨比的变化等对刚架的受力影响,由此提出适合大坡度刚架的柱脚连接形式和高跨比。2、运用SAP2000分别对单榀模型进行线性屈曲、非线性屈曲分析,研究不同坡度门式刚架的稳定性、屈曲荷载和破坏形式。其中,线性屈曲分析选用不同坡度的刚架,非线性屈曲分析选用坡度1/12、12/12的刚架。3、运用SAP2000对刚架进行动力时程分析,研究不同坡度刚架的柱顶位移和加速度时程分析、屋脊位移和加速度时程分析。本文还选用了坡度为1/12、12/12的刚架,分别对其在不同地震烈度下的地震响应进行对比,分析大坡度刚架的位移和加速度时程反应、刚架的侧移量和加速度放大系数等。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-10 第1章 绪论 10-20 1.1 轻型门式刚架的概念 10-13 1.1.1 轻型门式刚架的结构形式 10-11 1.1.2 轻型门式刚架的特点 11-12 1.1.3 轻型门式刚架的应用 12 1.1.4 轻型门式刚架的设计 12-13 1.2 轻型门式刚架的发展 13-15 1.2.1 国外发展状况 13-14 1.2.2 国内发展状况 14-15 1.3 轻型门式刚架的研究现状 15-18 1.3.1 国外研究现状 15-16 1.3.2 国内研究现状 16-18 1.4 本文的研究意义及内容 18-20 1.4.1 研究意义 18 1.4.2 研究内容 18-20 第2章 大坡度轻型门式刚架的有限元建模及静力分析 20-34 2.1 有限单元法及SAP2000软件的简介 20-22 2.1.1 有限单元法 20-21 2.1.2 SAP2000软件介绍 21-22 2.2 荷载的计算及荷载组合 22-25 2.2.1 永久荷载 22 2.2.2 可变荷载 22-25 2.2.3 荷载组合 25 2.3 模型的建立 25-27 2.3.1 计算假定 25-26 2.3.2 门式刚架建模 26-27 2.4 门式刚架的静力分析 27-33 2.4.1 静力分析简述 27 2.4.2 模型的选取 27 2.4.3 刚架有限元计算结果及分析 27-30 2.4.4 大坡度刚架的结构形式优化 30-33 2.5 本章小结 33-34 第3章 大坡度轻型门式刚架的稳定性分析 34-48 3.1 轻型门式刚架稳定性理论 34-37 3.1.1 结构失稳的类型 34-35 3.1.2 结构稳定问题的计算方法 35-37 3.2 有限元法屈曲分析 37-40 3.2.1 屈曲分析的类型 37-38 3.2.2 塑性铰的定义和设置 38-39 3.2.3 竖向加载模式 39-40 3.3 轻型门式刚架线性屈曲分析 40-44 3.3.1 线性屈曲模型的选取及分析步骤 40 3.3.2 刚架线性屈曲计算结果与分析 40-44 3.4 轻型门式刚架非线性屈曲分析 44-47 3.4.1 有限元模型 44 3.4.2 非线性屈曲分析的参数设置 44 3.4.3 刚架非线性屈曲计算结果与分析 44-47 3.5 本章小结 47-48 第4章 大坡度轻型门式刚架的动力分析 48-70 4.1 门式刚架的模态分析 48-52 4.1.1 模态分析理论简述 48-49 4.1.2 刚架的有限元模态计算与分析 49-52 4.2 门式刚架的时程分析 52-55 4.2.1 时程分析理论 52-53 4.2.2 地震波的选取 53-54 4.2.3 阻尼的取值 54-55 4.3 门式刚架的时程分析结果 55-69 4.3.1 结构的位移时程反应 55-59 4.3.2 刚架的加速度反应 59-65 4.3.3 大坡度刚架的时程对比分析 65-69 4.4 本章小节 69-70 第5章 结论与展望 70-72 5.1 结论 70-71 5.2 展望 71-72 致谢 72-73 参考文献 73-76 附录I 攻读硕士期间发表的学术论文 76
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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 金属结构 > 各类钢结构 > 轻钢结构
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