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

鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房畢業(yè)設(shè)計(jì)-某五層鋼結(jié)構(gòu)賓館設(shè)計(jì)（全套建筑圖、結(jié)構(gòu)圖、計(jì)算書(shū)）,鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房,畢業(yè)設(shè)計(jì),某五層,鋼結(jié)構(gòu),賓館,設(shè)計(jì),全套,建筑,結(jié)構(gòu)圖,計(jì)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(yùn)動(dòng)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(yùn)算法則的約束表面可塑性模型 用來(lái)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(guò)一種損傷模型來(lái)計(jì)算。提出的計(jì)算公式已經(jīng)應(yīng)用于一個(gè)大的變形分析程序上面，通過(guò)觀(guān)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(shí)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(kù)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(qiáng)度，在地震期間通過(guò)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(jì)成僅僅抵抗張力或者同時(shí)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(jì)時(shí)可以不考慮這些張拉支撐的抗壓能力。在強(qiáng)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)表明在總體上，張—壓支撐體系在強(qiáng)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(méi)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(dá)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(shí)用且可靠的分析工具對(duì)于現(xiàn)行的說(shuō)明性抗震規(guī)范到實(shí)際應(yīng)用基本設(shè)計(jì)規(guī)范是很重要的，這種設(shè)計(jì)規(guī)范要求精確地預(yù)計(jì)到結(jié)構(gòu)倒塌的非彈性極限。 這篇文章中對(duì)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(gè)模型應(yīng)用在計(jì)算機(jī)分析程序當(dāng)中，通過(guò)與分析計(jì)算做比較，從而檢驗(yàn)單個(gè)鋼支撐及三向支撐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 無(wú)彈性的支柱帶扣模型 根據(jù)要模擬梁柱非線(xiàn)性工作的具體要求，非彈性結(jié)構(gòu)模型可以被分門(mén)別類(lèi)，分為大模型或小模型。 模型中所要強(qiáng)調(diào)的是與無(wú)明顯屈服點(diǎn)應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的無(wú)明顯屈服點(diǎn)應(yīng)力（列如：與彎曲現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的彎矩）或者恰恰相反，在以面后的章出項(xiàng)的有有明顯屈服點(diǎn)應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。因此，大模型比起小模型來(lái)具有更高的計(jì)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(gè)近似有效的方式中，以此來(lái)計(jì)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?yàn)樗紤]到了沿長(zhǎng)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(jì)算花費(fèi)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(lèi)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。現(xiàn)象模型是基于簡(jiǎn)化的hysteretic 規(guī)則，這個(gè)規(guī)則僅僅模擬相應(yīng)支撐桿件中對(duì)應(yīng)于軸向位移的可觀(guān)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(lái)表示荷載—位移，這種方法又采用大量的直線(xiàn)段來(lái)表示?，F(xiàn)象模型的使用要求為每個(gè)要分析的桿件輸入的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)具有一定的規(guī)范性。輸入的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)驗(yàn)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(xiàn)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(dá)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(qiáng)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(jiǎn)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(zhǎng)度部分作為栓接考慮。這種模型的例子可以在以下的文獻(xiàn)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(méi)有明確地考慮到沿構(gòu)件長(zhǎng)度方向塑性展開(kāi)。（2）從塑性到塑性的過(guò)度迅速?zèng)]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(méi)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(gè)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(lái)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(shuō)它考慮到了沿長(zhǎng)度方向和截面方向塑性的逐漸展開(kāi)，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(méi)有限制。這個(gè)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(wú)明顯屈服點(diǎn)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(gè)模型是對(duì)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(gè)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(lái)的挑戰(zhàn)。通過(guò)分析數(shù)據(jù)和1979年P(guān)opov的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；1980年Black的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；1980年Ghanaat的實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的比較校驗(yàn)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(duì)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(duì)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(duì)于分布試模型，如例1所示，截面力跟無(wú)明顯屈服點(diǎn)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(wú)明顯屈服點(diǎn)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(jìn)一步被分成彈性和塑性分量：de=dee+dep 約束表面模型運(yùn)動(dòng)學(xué) 塑性公式的運(yùn)動(dòng)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(gè)嵌套表面組成，在由內(nèi)表面或者受荷表面包圍的一個(gè)區(qū)域里，我們假設(shè)橫截面是彈性的。兩個(gè)表面相交的部分對(duì)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(gè)表面的運(yùn)動(dòng)受一個(gè)運(yùn)動(dòng)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(dòng)但不能被改變形狀和旋轉(zhuǎn)。出于計(jì)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(méi)有與約束表面交迭。 例2圖中點(diǎn)A表明：當(dāng)受荷表面里的合成應(yīng)力達(dá)到適當(dāng)值時(shí)，橫截面里就開(kāi)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(gè)變化點(diǎn)決定受荷表面沿連接A和的連線(xiàn)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(gè)變化的點(diǎn)是決定了的，這樣才能使受荷和約束表面上的A和點(diǎn)處的法線(xiàn)相互平行。受荷表面的運(yùn)動(dòng)方向跟Mroz’s運(yùn)動(dòng)學(xué)上硬性規(guī)則所指方向一致（Mroz 1967）。為加強(qiáng)連續(xù)性條件，表面運(yùn)動(dòng)的量級(jí)是一定的，這樣可以維持加強(qiáng)點(diǎn)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?yàn)榇嗣孢\(yùn)動(dòng)發(fā)生在表面傾斜方向上，也就是說(shuō)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(shí)U是不明確的，并且，這樣的話(huà)，表面運(yùn)動(dòng)是假定由Prager規(guī)則支配的（Prager 1956），此時(shí)，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(shí)，后面的公式給出了相對(duì)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(gè)主要方向i的模型系數(shù)。對(duì)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(kāi)始后柔化率。 表示最接近約束表面的力點(diǎn)。當(dāng)d=時(shí)，截面是彈性的并且塑性剛度摸量設(shè)為無(wú)窮大。當(dāng)d=0時(shí)，力點(diǎn)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(diǎn)之間的距離。這對(duì)于應(yīng)力合成塑性是很不相稱(chēng)的，此時(shí)，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(duì)應(yīng)時(shí)，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(gè)主要方向上的塑性剛度模量，求出的值用來(lái)區(qū)分三個(gè)方向上的不同距離 在每個(gè)主要方向上， 是新的塑性荷載進(jìn)程開(kāi)始處的距離。不管什么原因，d超過(guò)時(shí)，取值d。這在卸載時(shí)或是當(dāng)方向發(fā)生大的改變以至一個(gè)新的塑性進(jìn)程開(kāi)始時(shí)都會(huì)發(fā)生。當(dāng)三個(gè)方向的任何一個(gè)d值超過(guò)時(shí)，每個(gè)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(guò)大也能引起問(wèn)題，我們采用Sfakianakis and Fardis（1991）研究的出來(lái)的方法來(lái)處理。 研究中使用的塑性參數(shù)用光纖截面模型來(lái)校準(zhǔn)。把使用精確的（4）時(shí)與有明顯屈服應(yīng)變所對(duì)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(dá)到校準(zhǔn)的目的。該方法的詳細(xì)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(shí)驗(yàn)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(méi)有關(guān)聯(lián)，并且實(shí)驗(yàn)在一定的截面重量和類(lèi)型包括管狀桿件范圍內(nèi)進(jìn)行順利。校準(zhǔn)參數(shù)列在表1中。 塑性流 公式的一項(xiàng)功能就是以應(yīng)力合成結(jié)果F（一個(gè)描述在應(yīng)力合成空間表面位置的補(bǔ)償向量）描述受荷表面和變硬參數(shù)K。提出的公式中，這個(gè)表面表示橫截面的初始屈服。當(dāng)塑性能量的增量是正時(shí)，塑性加載發(fā)生。 1959年，Drucker 把強(qiáng)化塑性材料的工作定義為一項(xiàng)在荷載增量為正時(shí)完成的工作，并且在加載-卸載循環(huán)中完成的這項(xiàng)工作是非負(fù)的，漸漸地，這個(gè)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(gè)假定產(chǎn)生了兩個(gè)對(duì)強(qiáng)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(duì)于受荷表面的突出部分來(lái)說(shuō)，強(qiáng)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(diǎn)對(duì)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(yàn)提供一種簡(jiǎn)便方法是至關(guān)重要的。 如果執(zhí)行正常假定的話(huà)，在屈服表面上的受力點(diǎn)，增加的塑性應(yīng)變矢量就必須跟常量g 成正比。 dep=dlg （5） 對(duì)于受荷橫截面來(lái)說(shuō)，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(guò)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(duì)于部分塑性化，正常態(tài)規(guī)則和表面移動(dòng)是相當(dāng)精確的，但是兩軸對(duì)稱(chēng)截面容易受兩軸向彎曲的影響，對(duì)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(dòng)的相關(guān)性對(duì)部分塑性化截面是不利的。同時(shí)，他們還指出在約束表面上，在受力點(diǎn)接近全塑性化條件的過(guò)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(diǎn)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(shí)應(yīng)當(dāng)避開(kāi)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(kāi)魚(yú)鱗狀并且跟本章中假設(shè)的真正初始表面不匹配時(shí)更要避開(kāi)。（2）當(dāng)截面是完全塑性化時(shí)，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(shí)，典型塑性規(guī)則不再適用，而是在鋼寬翼緣承受小彎矩時(shí)，提高計(jì)算結(jié)果。因此此規(guī)則在