鋼結(jié)構(gòu)廠房畢業(yè)設(shè)計-某五層鋼結(jié)構(gòu)賓館設(shè)計（全套建筑圖、結(jié)構(gòu)圖、計算書）

鋼結(jié)構(gòu)廠房畢業(yè)設(shè)計-某五層鋼結(jié)構(gòu)賓館設(shè)計（全套建筑圖、結(jié)構(gòu)圖、計算書）,鋼結(jié)構(gòu)廠房,畢業(yè)設(shè)計,某五層,鋼結(jié)構(gòu),賓館,設(shè)計,全套,建筑,結(jié)構(gòu)圖,計算 英文翻譯 Inelastic Cyclic Model for Steel Braces 李和根 01021022 土木工程01-8班 鋼支柱的非彈性循環(huán)模型 Jun Jin1 and Sherif El-Tawil, P.E., M.ASCE2 摘要：一種能夠精確模擬鋼支撐非彈性循環(huán)反復(fù)運動的梁—柱構(gòu)件已經(jīng)出現(xiàn)。在壓力—合成領(lǐng)域，一種采用以前的Euler運算法則的約束表面可塑性模型 用來演示橫截面塑性的變化軌跡。由于局部帶扣而引起的橫截面剛度的衰退可以通過一種損傷模型來計算。提出的計算公式已經(jīng)應(yīng)用于一個大的變形分析程序上面，通過觀察模擬地震條件下各種不同的構(gòu)件在承受反復(fù)循環(huán)荷載和沖擊時的非彈性工作性能顯示其能夠預(yù)算變形并有足夠的精確度。 DOI: 10.1061/~ASCE!0733-9399~2003!129:5~548! CE數(shù)據(jù)庫受以下因素的影響：扣件，扣件的位置，邊界曲面，可塑性。 緒論 有支撐的鋼—框架結(jié)構(gòu)在地震高發(fā)區(qū)域很流行。鋼支撐提高了結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度和強度，在地震期間通過非彈性變形的方式幫助分散地震能量。鋼支撐能夠被設(shè)計成僅僅抵抗張力或者同時抵抗軸向的張力和壓力。僅抵抗張力的鋼支撐是體形很薄建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這些構(gòu)件的帶扣早已經(jīng)在承受壓力的作用，所以在設(shè)計時可以不考慮這些張拉支撐的抗壓能力。在強地震期間，僅有張拉支撐的建筑表現(xiàn)不盡如人意。并且在經(jīng)常遭受強地震的地區(qū)這種結(jié)構(gòu)不是很流行尤其是在（Bruneau et al. 1998!.）。實驗表明在總體上，張—壓支撐體系在強地震期間的表現(xiàn)更為出色，但是這種支撐在嚴(yán)重反復(fù)荷載的作用下，它的性能狀況是很復(fù)雜的并且還沒有被完全的研究透徹。 這些支撐構(gòu)件的非彈性循環(huán)反復(fù)工作性能比較復(fù)雜，它受以下的物理現(xiàn)象影響：張拉屈服，受壓狀態(tài)下的扣件，扣件處承受壓荷載的能力的衰退，反復(fù)荷載作用下的軸向剛度的衰退，在塑性鉸接接區(qū)的低循環(huán)疲勞破壞，Bauschinger 效應(yīng)。這些因素使得這種分析模型的表達試的有效率變得復(fù)雜，這種有效分析模型能夠精確模擬鋼支撐的非彈性工作狀態(tài)，然而，實用且可靠的分析工具對于現(xiàn)行的說明性抗震規(guī)范到實際應(yīng)用基本設(shè)計規(guī)范是很重要的，這種設(shè)計規(guī)范要求精確地預(yù)計到結(jié)構(gòu)倒塌的非彈性極限。 這篇文章中對于梁—柱構(gòu)件給出的公式能夠模擬管狀鋼支撐的非彈性循環(huán)反復(fù)工作狀態(tài)。這個模型應(yīng)用在計算機分析程序當(dāng)中，通過與分析計算做比較，從而檢驗單個鋼支撐及三向支撐實驗數(shù)據(jù)。 無彈性的支柱帶扣模型 根據(jù)要模擬梁柱非線性工作的具體要求，非彈性結(jié)構(gòu)模型可以被分門別類，分為大模型或小模型。 模型中所要強調(diào)的是與無明顯屈服點應(yīng)變所對應(yīng)的無明顯屈服點應(yīng)力（列如：與彎曲現(xiàn)象對應(yīng)的彎矩）或者恰恰相反，在以面后的章出項的有有明顯屈服點應(yīng)變所對應(yīng)的應(yīng)力。因此，大模型比起小模型來具有更高的計算精確度，構(gòu)成了絕大多數(shù)兩維和三維空間結(jié)構(gòu)大規(guī)模分析的基礎(chǔ)。典型的大模型或者是集中式或者是分散式。集中式的原理是所有非彈性都聚集在桿件的端上，在一個近似有效的方式中，以此來計算非彈性材料的工作性能。另一方面，分布式模型比集中式塑性模型更為合理，因為它考慮到了沿長度方向上的所有截面而不是僅僅考慮到桿件的兩端。然而，也正因如此，這種模型的計算花費也比集中式模型的更多。 根據(jù)Ikeda和Mahin 的研究，已用于模擬鋼支撐非彈性工作性能狀態(tài)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件模型能夠被有選擇性的分為有限構(gòu)件模型，現(xiàn)象模型和物理理論模型。但是，現(xiàn)象模型和物理理論模型有歸屬于大模型類別。由于其自身的功能特性，支撐桿件有限構(gòu)件模型是最為嚴(yán)格和合理模型。但是有限構(gòu)件模型應(yīng)用成本高?，F(xiàn)象模型是基于簡化的hysteretic 規(guī)則，這個規(guī)則僅僅模擬相應(yīng)支撐桿件中對應(yīng)于軸向位移的可觀察到的軸向應(yīng)力。這些模型都擁有局部自由度，采用磁滯周期來表示荷載—位移，這種方法又采用大量的直線段來表示?，F(xiàn)象模型的使用要求為每個要分析的桿件輸入的經(jīng)驗參數(shù)具有一定的規(guī)范性。輸入的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來源于實驗或者是更為精確的分析模型的結(jié)果。盡管決定要輸入什么樣的數(shù)據(jù)有困難，現(xiàn)象模型已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于非線性地震分析。例如：1973年的Nilforoushan地震，1977年的Singh地震，1978年的Jain地震 ，1980年的Maison 和 Popov 地震，1984的Ikeda地震 和1989 Fukuta地震。 物理理論模型比現(xiàn)象模型更為基礎(chǔ)，其表達式建立在能影響非彈性支撐工作性能狀態(tài)的物理性質(zhì)的基礎(chǔ)上。例如：物理理論模型考慮到了撓度和軸向間相互作用的結(jié)果并且是大變形分析公式的一部分。跟現(xiàn)象模型不一樣的是，給物理理論模型輸入的參數(shù)是以材料的性質(zhì)為基礎(chǔ)的，比如：鋼材的屈服強度，彈性模量，幾何性質(zhì)上的截面面積和慣量等等。支撐桿件的物理理論模型最簡單最普遍的應(yīng)用是在集中式大模型當(dāng)中，比較特別的是，這樣的模型是由在跨中鉸接而成的 彈性元件組成。使用邊界條件是栓接，在桿件固接條件下，取有效長度部分作為栓接考慮。這種模型的例子可以在以下的文獻中找到：Nilforoushan （1973），Nonaka （1973,1977）， Gugerli and Goel （1982），Shibata （1982），Remennikovand Walpole （1997b）。 在已出版的物理理論模型當(dāng)中，絕大多數(shù)都有大的限制，最為重要的是：（1）假設(shè)集中非彈性狀態(tài)是發(fā)生在塑性鉸接區(qū)域，并沒有明確地考慮到沿構(gòu)件長度方向塑性展開。（2）從塑性到塑性的過度迅速沒有考慮到Bauschinger 效應(yīng)（3） 循環(huán)反復(fù)作用下，軸向剛度的降低沒有被模擬到。（4）邊界條件是栓——栓接的。精確的物理理論模型試圖解決一個或更多的這樣的限制。例如：1984年的Ikeda and Mahin模型，1997年的Remennikov and Walpole模型都考慮到了Bauschinger 效應(yīng)和循環(huán)反復(fù)荷載作用下支撐軸向剛度的降低。 這篇文章描述了被用來演示非彈性支撐扣的梁——柱模型。提出的模型解決了前面的所有限制。也就是說它考慮到了沿長度方向和截面方向塑性的逐漸展開，模擬了循環(huán)反復(fù)荷載作用下軸向剛度的降低，在邊界條件上也沒有限制。這個模型屬于分布試大模型，利用到了約束表面的塑性模型（約束表面塑性模型應(yīng)用在截面水平上表現(xiàn)應(yīng)力合成和無明顯屈服點的截面應(yīng)變之間的聯(lián)系，也就是和重心的軸向應(yīng)變和彎曲之間的聯(lián)系。提出的這個模型是對其他先前已經(jīng)被El-Tawil and Deierlein（2001a,b）發(fā)明的模型的一種延伸，并且被公式化。這個公式也考慮到了由模擬鋼支撐桿件非彈性工作狀態(tài)帶來的挑戰(zhàn)。通過分析數(shù)據(jù)和1979年P(guān)opov的實驗結(jié)果；1980年Black的實驗結(jié)果；1980年Ghanaat的實驗結(jié)果之間的比較校驗已發(fā)明的模型 應(yīng)力——合成塑性 梁柱的應(yīng)力——合成塑性模型涉及到對用以模擬在軸向力和彎矩共同作用下非彈性狀態(tài)的古典應(yīng)力——空間塑性規(guī)則的適應(yīng)。對于集中鉸接模型，桿件力跟桿件的端變形有關(guān)（軸向縮短和旋轉(zhuǎn)），然而，對于分布試模型，如例1所示，截面力跟無明顯屈服點的截面應(yīng)變有關(guān)（重心軸向應(yīng)變和彎曲）。增加的截面力dF和無明顯屈服點的應(yīng)變dE被定義為： dF=T （1） dE=T （2） Fig. 1. Stress resultants and corresponding generalized strains 其中：P=軸向荷載；Mz 和 My分別等于最大，最小彎矩;ε=軸向重心截面應(yīng)變；Фz和Фy分別是最大最小軸向彎曲率。增加的應(yīng)變能進一步被分成彈性和塑性分量：de=dee+dep 約束表面模型運動學(xué) 塑性公式的運動學(xué)受約束表面模型的支配。塑性模型的受荷平面和約束表面如例2所示（二維空間平面）。模型由兩個嵌套表面組成，在由內(nèi)表面或者受荷表面包圍的一個區(qū)域里，我們假設(shè)橫截面是彈性的。兩個表面相交的部分對應(yīng)于橫截面的部分屈服，約束表面代表完全的塑性。這兩個表面的運動受一個運動學(xué)的硬性規(guī)則所支配，在規(guī)則中規(guī)定這兩表面可以被調(diào)動但不能被改變形狀和旋轉(zhuǎn)。出于計算方便的目的，我們假設(shè)受荷表面是約束表面的鱗片化版本，這樣就能確保受荷表面的位置在約束表面之內(nèi)且沒有與約束表面交迭。 例2圖中點A表明：當(dāng)受荷表面里的合成應(yīng)力達到適當(dāng)值時，橫截面里就開始出現(xiàn)最初的屈服。在塑性受荷的起始值一定，且連續(xù)受荷情況下，約束表面上的一個變化點決定受荷表面沿連接A和的連線U調(diào)整。約束表面的調(diào)整方向跟受荷表面一樣，但是速度慢一些。如例2所示，在約束表面上的這個變化的點是決定了的，這樣才能使受荷和約束表面上的A和點處的法線相互平行。受荷表面的運動方向跟Mroz’s運動學(xué)上硬性規(guī)則所指方向一致（Mroz 1967）。為加強連續(xù)性條件，表面運動的量級是一定的，這樣可以維持加強點與受荷表面之間的聯(lián)系。一旦受荷表面與約束表面接觸，Mroz’s 規(guī)則就不再適用，因為此面運動發(fā)生在表面傾斜方向上，也就是說平行于例2中的g。兩表面接觸后持續(xù)荷載就必然使用以往的Euler方案，這將在本章后面討論。時U是不明確的，并且，這樣的話，表面運動是假定由Prager規(guī)則支配的（Prager 1956），此時，表 Fig. 2. Bounding surface model for steel members JOURNAL OF ENGINEERING MECHANICS ? ASCE / MAY 2003 / 549 有明顯屈服的應(yīng)力——應(yīng)變關(guān)系 使用受力和約束表面時，后面的公式給出了相對于主要彎矩和軸向力的塑性橫截面剛度系數(shù)并如例3所示： （4） Fig. 3. Force versus generalized plastic strain relationship 其中：彈性截面剛度系數(shù)；=每個主要方向i的模型系數(shù)。對于例3，參數(shù)控制了殘余硬性剛度，同理參數(shù)控制了橫截面屈服開始后柔化率。 表示最接近約束表面的力點。當(dāng)d=時，截面是彈性的并且塑性剛度摸量設(shè)為無窮大。當(dāng)d=0時，力點在約束表面上，表明塑性剛度的軟化率等于。在兩極限之間（d=，0），塑性剛度是d的函數(shù)。 Table 1. Plasticity Calibration Parameters Direction ζk2 ζk Axial 0,005 6,0 1,0 0,1 1,0 Major 0,005 0,7 1,2 2,0 3,0 Bending Minor 0,005 0,7 0,85 2,0 3,0 Bending 反之，在應(yīng)力—基本塑性變形中，距離d一般被當(dāng)作是受荷表面和約束表面上力和變化點之間的距離。這對于應(yīng)力合成塑性是很不相稱的，此時，軸向應(yīng)力和彎矩的容許值在大小上有顯著的不同。在彎矩與軸向荷載相對應(yīng)時，容許值在單位上還是不一樣的。采用的這種方法分別求出三個主要方向上的塑性剛度模量，求出的值用來區(qū)分三個方向上的不同距離 在每個主要方向上， 是新的塑性荷載進程開始處的距離。不管什么原因，d超過時，取值d。這在卸載時或是當(dāng)方向發(fā)生大的改變以至一個新的塑性進程開始時都會發(fā)生。當(dāng)三個方向的任何一個d值超過時，每個方向上的初值都將被重新設(shè)定。卸載—加載循環(huán)的幅度過大也能引起問題，我們采用Sfakianakis and Fardis（1991）研究的出來的方法來處理。 研究中使用的塑性參數(shù)用光纖截面模型來校準(zhǔn)。把使用精確的（4）時與有明顯屈服應(yīng)變所對應(yīng)的應(yīng)力與截面為w350*147的完全彈性的可塑性鋼試件的光纖分析數(shù)據(jù)做比較以達到校準(zhǔn)的目的。該方法的詳細內(nèi)容讀者可以查閱資料E1-Tawil和Deierlein(2001b)。選擇這種特殊截面用以代替典型中等重度包金箔的w型鋼。使用（4）的實驗表明相應(yīng)的橫截面與所選的校準(zhǔn)參數(shù)的大小之間沒有關(guān)聯(lián)，并且實驗在一定的截面重量和類型包括管狀桿件范圍內(nèi)進行順利。校準(zhǔn)參數(shù)列在表1中。 塑性流 公式的一項功能就是以應(yīng)力合成結(jié)果F（一個描述在應(yīng)力合成空間表面位置的補償向量）描述受荷表面和變硬參數(shù)K。提出的公式中，這個表面表示橫截面的初始屈服。當(dāng)塑性能量的增量是正時，塑性加載發(fā)生。 1959年，Drucker 把強化塑性材料的工作定義為一項在荷載增量為正時完成的工作，并且在加載-卸載循環(huán)中完成的這項工作是非負的，漸漸地，這個定義就作為Drucker 假定為大家所知。雖然最初是為研究應(yīng)力-應(yīng)變性質(zhì)發(fā)明的，但可以延伸應(yīng)用到橫截面應(yīng)力合成分析研究。這個假定產(chǎn)生了兩個對強化橫截面工作很重要的結(jié)果，在Druckerde 判斷中，在正常條件下，對于受荷表面的突出部分來說，強化橫截面的工做是穩(wěn)定的。正常條件意味著受荷表面（屈服表面）的塑性變形是正常的，這一點對于非彈性剛度矩陣的引出及為塑性受荷和塑性卸荷的檢驗提供一種簡便方法是至關(guān)重要的。 如果執(zhí)行正常假定的話，在屈服表面上的受力點，增加的塑性應(yīng)變矢量就必須跟常量g 成正比。 dep=dlg （5） 對于受荷橫截面來說，這里的dλ =塑性變形參數(shù)，g= 常量，下面給出的公式： 1998 年， E1-Tawil 和 Deierlein通過一系列的的分析首先研究了應(yīng)力合成塑性假設(shè)的精確度，在這些分析當(dāng)中，塑性流的方向用假定的受荷表面表示，正常條件被比喻成塑性流，這就決定了使用不受假定影響的光纖截面分析法分析。他們指出：雖然根據(jù)Mrozde 的研究，對于部分塑性化，正常態(tài)規(guī)則和表面移動是相當(dāng)精確的，但是兩軸對稱截面容易受兩軸向彎曲的影響，對于受單軸彎曲和軸向荷載的影響的部分塑性化截面，正常態(tài)規(guī)則和表面移動的相關(guān)性對部分塑性化截面是不利的。同時，他們還指出在約束表面上，在受力點接近全塑性化條件的過程中，數(shù)據(jù)上的流角跟理論上的流角之間有一致性。 研究到最后，E1-Tawil和Deierlein于1998年提出兩點建議（1）在軸向應(yīng)變和彎曲應(yīng)變之間嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)流規(guī)則時應(yīng)當(dāng)避開部分塑性化截面，尤其是當(dāng)受荷表面是完全塑性約束表面下開魚鱗狀并且跟本章中假設(shè)的真正初始表面不匹配時更要避開。（2）當(dāng)截面是完全塑性化時，正常態(tài)條件應(yīng)當(dāng)確定。 這些建議表明在截面是部分塑性化時，典型塑性規(guī)則不再適用，而是在鋼寬翼緣承受小彎矩時，提高計算結(jié)果。因此此規(guī)則在