钢框架结构受力状态及失效准则研究

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1、硕士学位论文钢框架结构受力状态及失效准则研究STUDYONSTRUCTURALSTRESSINGSTATESANDFAILURECRITERIONOFSTEELFRAMESTRUCTURES涂贵强哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TU323.5学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文钢框架结构受力状态及失效准则研究硕士研究生：涂贵强导师：周广春申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU323.5U.D.C:624ThesisfortheMaster

2、DegreeinEngineeringSTUDYONSTRUCTURALSTRESSINGSTATESANDFAILURECRITERIONOFSTEELFRAMESTRUCTURESCandidate：TuGuiqiangSupervisor：Prof.ZhouGuangchunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：BuildingandCivilEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferrin

3、g-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要钢框架结构是一类十分常见的结构形式，它的传力路径明确，受力性能良好，被广泛应用于住宅、办公写字楼、工业厂房以及公共建筑等领域中。目前针对钢框架失效的研究主要基于以下三种判定准则：结构形成可变体系；结构的整体变形超限；结构达到承载能力极限等等。这些准则在不同的情况下具有各自的合理性和特点，但是均基于不同的失效定义，并未形成统一的判定依据。本文基于结构受力状态分析理论，以简单梁式构件和门式刚架结构为最初研究对象，对其进行逐级加载的静力弹塑性分析，为受力状态分析提供数据基础，并通过

4、指数应变能密度（ESEND）增长速率反映结构的不同受力状态，建立了ESEND数值模式并以此表征受力状态。随后对ESEND增长速率进行无量纲化处理，建立受力状态的失效准则，并针对复杂框架结构进行了算例验证并系统地分析了构造参数、几何和材料非线性因素对失效准则的影响。具体研究工作如下：首先，总结受力状态分析理论的流程，阐述相关各项基本概念，分析采用能量参数ESEND作为受力状态参数的合理性和可行性，并构造了ESEND相对值数值模式，以此描述局部受力状态。其次，构造描述结构整体受力状态的ESEND数值模式，预测结构的失效荷载，并计算得到失效前后结构的局部受力状态分布模式，验证失效荷载是不同受力状

5、态的分界点。并针对受弯构件，计算其不同受力状态的分界点，并与预测的失效荷载进行对比，验证本文建立的受力状态数值模式的正确性。随后将结构基于ESEND的受力状态数值模式发展为失效准则，通过对框架结构的算例验证证明了准则的适用性；针对不同跨度、截面刚度钢梁、不同破坏模式的钢框架模型进行算例分析，探究自定义参数ESEND发展系数与结构失效和破坏模式的对应关系；并将基于ESEND的失效准则与其他准则进行比较。最后，初步探究了受弯构件与框架结构的失效原因，并研究几何非线性与材料非线性因素的影响，详细分析了两种常见的几何初始缺陷对于结构失效的影响。关键词：受弯构件；钢框架；静力弹塑性分析；结构失效准则

6、；指数化应变能密度；几何初始缺陷-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractSteelframe,asakindofcommonstructure,withitsclearloadpathandexcellentmechanicalproperty,iswidelyutilizedinresidences,officebuildings,industrialplants,publicbuildingsandsoon.Presentstudiesonsteelframefailurearemainlybasedonthefollowingcriterions:thestructure

7、formingavariablesystem;overalldeformationofstructuresexceedingthethreshold;theloadcapacityofstructuresapproachingtheultimatelimitandsoon.Theseguidelinesindifferentsituationshaverationalityandfeaturesrespectivelyb