竖向荷载及地表变形作用下半刚性钢框架内力计算方法研究

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1、硕士学位论文竖向荷载及地表变形作用下半刚性钢框架内力计算方法研究StudyontheInternalForceCalculationMethodsofSemi-RigidSteelFramesUnderVerticalLoadsandGroundDeformation作者：徐兴兴导师：夏军武教授中国矿业大学二○一五年五月中图分类号TU391学校代码10290UDC624密级公开中国矿业大学硕士学位论文竖向荷载及地表变形作用下半刚性钢框架内力计算方法研究StudyontheInternalForceCalculationMethodsofSemi-RigidSte

2、elFramesUnderVerticalLoadsandGroundDeformation作者徐兴兴导师夏军武教授申请学位工学硕士培养单位力学与建筑工程学院学科专业结构工程研究方向钢结构答辩委员会主席耿欧评阅人徐赵东、范力二○一五年五月论文审阅认定书研究生徐兴兴在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢再一次站在人生的转折点，回顾过往，感慨良多。值此论文完

3、成之际，首先要感谢的是我尊敬的导师夏军武教授！从论文的选题、思路的拓展、结构的布置直到最后的撰写完成，都是在夏老师的悉心指导和精心点拨下一步一步完成的，每一环节无不倾注了夏老师的心血与智慧。在这三年来的研究生学习生活中，夏老师在很多方面都对我进行了悉心教导，让我感触很深，受益良多。随着三年的深入交往，夏老师渊博的知识、高尚的人格魅力、严谨的治学态度、高屋建瓴的把握全聚德能力、忘我的工作精神，都潜移默化的感染了我，让我受益终身。在此，特向恩师夏军武教授致以诚挚的感谢和崇高的敬意！本文的顺利完成，离不开力建学院的领导、老师们的关心和帮助！感谢范力副教授、龙帮云副教授

4、、郭震副教授、李贤副教授等多位老师在论文开题期间给予的帮助及提出的宝贵意见；感谢试验室段晓牧师姐、朱师傅等在我试验过程中给予的大力帮助，让我顺利完成试验。感谢课题组常鸿飞老师、常虹老师、张风杰老师、段晓牧博士、窦国涛博士在试验方案设计中的无私帮助；感谢师兄唐晓祥、郑培波在有限元建模方面提供的帮助；特别感谢同门曹极昌、张志雄、杨风州、刘丹丹，师弟夏翔、张斌斌、孔祥佩、谭永超、徐博、张海威、师妹陈晓淼在课题组学术交流研讨中对本论文提出的建议，以及在本人试验过程中给与的大力帮助。在此，也对课题组中一起工作和学习的同门师兄师姐师弟师妹们一并表示衷心的谢意。感谢舍友王海洋

5、、陈振、戴行楠、李庆森、衡文佳、丁福峰以及孙浩、李青、张翼等，在我学习和生活中给予的帮助和支持。感谢父母、媳妇、妹妹以及亲戚朋友在我学业和生活上给予无私的支持和鼓励！感谢父母不求回报的默默付出，没有你们的无私奉献，就没有我的今天，你们的爱我铭记于心！最后感谢各位专家、教授，在百忙之中抽出宝贵时间评审论文和出席论文答辩！摘摘要摘要随着社会经济的发展，钢结构的优点促使其不断地被推广和普及，对其的研究也越来越多。钢框架作为钢结构一种重要结构形式，已被广泛的应用于工业与民用建筑中，也因其优越的变形性能，越来越多的应用于采空区地表沉陷区，而梁柱节点的连接形式作为钢框架的重

6、要组成部分，往往被简化成刚性连接或铰接，但实际情况却居于刚接和铰接之间，这样就导致结果有很大误差。基于此，本文主要研究竖向荷载以及地表变形作用下半刚性钢框架内力近似算法。本文首先是通过理论分析建立框架结构在竖向荷载作用下半刚接弯矩M和刚接弯矩M之间的函数关系，即M=uM，推导出可考虑连接非线性的内力近似手算方法，rr建立了不同条件下的内力计算公式，并进行了各公式的适用性分析。采用Kishi-Chen幂函数模型模拟节点的非线性行为，并运用ANSYS进行对比分析。半刚性框架算例分析表明：运用本文方法得出的结果，与采用COMBIN39单元模拟连接所分析的结果非常接近；

7、节点弯矩较小时，可以采用初始刚度模拟节点连接特性，但节点弯矩较大时，必须考虑节点的非线性。然后，运用有限元软件通过改变节点刚度、结构层数及跨数来分析研究竖向荷载作用下框架半刚性节点处弯矩分配规律，发现梁柱节点刚度对框架内力影响明显，连接刚度越大越接近刚接，越小越接近铰接；框架层数对节点β-α函数关系影响非常小；框架跨数仅对单跨到双跨影响较大外，对双跨到多跨影响很小。并通过理论推导得到了均布荷载作用下等跨半刚性框架结构的梁端弯矩函数β-α关系式，并与有限元进行了算例对比验证；并推导出单跨半刚性框架在任意竖向荷载作用下的β-α函数关系式。最后，通过理论分析变换将传统

8、计算方法运用到地表变形作