梁柱刚度比对框架抗弯能力及变形的影响

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 梁柱刚度比对框架抗弯能力及变形 的影响 摘要：根据力学基本原理，推导 出框架结构在水平荷载作用下梁柱刚度 比对框架抗弯能力影响较大。在同等框 架柱截面特征情况下梁柱刚度比较大的 框架结构抗弯能力较强，同时荷载作用 产生的水平位移较小。分析表明在某些 需要控制侧移的结构中，可以通过增加 梁柱线刚度比来减小结构侧向位移。 中国论文网 /2/view-12911058.htm 关键词：框架结构；梁柱刚度比; 水平荷载；侧向位移 引言 框架结构是目前多高层结构中应 用比较广泛的一种结构形式，其结构设 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 计理论及实际工程施工技术都已经比较 成熟，但就框架结构梁柱刚度比对结构 变形及抗弯能力影响这一方面，分析研 究还不够完善。本文通过分析框架结构 梁柱刚度比对框架结构位移及抗弯能力 的影响，证明在给定水平荷载和结构材 料及截面特征情况下，可以通过调整梁 柱刚度比来增强结构抗弯能力，并能有 效减小结构位移。 水平荷载作用下框架结构的变形 及框架柱截面应力分布 框架结构在水平荷载作用下产生 的弯矩主要由框架梁柱及框架柱中成对 轴力形成的力偶矩承担，水平荷载产生 的侧向位移主要由框架梁柱杆件弯曲变 形及框架柱轴向变形引起的侧向位移组 成2。其中框架梁柱杆件弯曲是框架结 构产生水平位移的主要因素，其产生的 水侧向位移占总侧向位移的大部分，一 般情况下，框架柱轴向变形引起的侧向 位移很小，可以忽略，仅当框架柱中轴 力较大时才考虑该部分引起的侧向位移。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 以单跨框架结构为例，如下图所示，不 同梁柱线刚度比情况下，框架结构在水 平荷载作用下产生的变形及框架柱截面 中应力分布情况。 由上图可以看出，当框架梁的刚 度很大，而框架柱的刚度相对较小时， 框架梁对框架柱的约束作用很强。在水 平荷载作用下，框架整体受力，框架柱 截面内应力分布以整体弯曲应力为主， 框架柱轴向变形此时为最大，水平荷载 在框架柱内产生的轴力也达到最大。此 时，框架侧向位移曲线呈剪切型，框架 柱中成对轴力形成的弯矩抵抗了水平荷 载产生的弯矩的大部分，框架由梁柱弯 曲变形引起的侧向位移也为最小值，轴 向变形引起的侧向位移为最大，但是远 小于框架柱内无轴力时梁柱弯曲产生的 侧向位移。当框架梁刚度很小，而框架 柱相对刚度很大时，框架梁对整个框架 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 的约束作用很小。在水平荷载作用下， 框架柱没有轴向变形，并且不产生轴向 力。此时，框架可以近似于弱梁连接的 两个单独悬臂柱承担弯矩，框架结构的 侧向位移曲线呈弯曲型，侧向位移全部 由框架柱的弯曲变形引起。框架柱内应 力分布以局部弯曲为主。理论分析表明 通过增加梁柱刚度比从而增加框架柱内 轴力可以增强结构整体抗弯能力并能有 效减小结构侧向位移。 水平荷载作用下梁柱刚度比对框 架结构位移及框架柱轴力的影响 以单层单跨框架承受水平集中荷 载为例，框架柱截面特征相同，框架梁 沿长度方向截面特征不变，根据结构力 学基本原理计算出框架结构在水平集中 荷载作用下框架柱内产生的轴力及框架 结构的侧向位移。 计算结果： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 其中为结构高度，分别为梁柱线 刚度，为集中荷载，为结构跨度。 计算结果表明，当梁柱刚度比很 大时，结构中轴力趋近于最大值，而位 移趋近于最小值，结构中由成对轴力形 成的力偶矩达到最大，结构的抗弯能力 也为最大。当梁柱刚度比很小时，结构 中轴力趋近于零，而位移趋近于最大值， 结构抵抗弯矩能力最小。 分析结论及工程实际应用 理论分析及计算结果表明，增大 结构梁柱刚度比能有效增加结构抗弯能 力并能有效减小结构位移。近年来，在 高层、超高层框架-核心筒结构中多采 用结构加强层来控制结构位移，其作用 原理是通过桁架或刚度很大的梁连接内 筒与外框筒，从而增强建筑结构内筒与 外框筒的联系，使外框柱轴力形成的力 偶矩承担更多弯矩，减小内筒承担的弯 矩从而减小结构整体位移量6。由以上 理论分析及计算结果证明，在结构荷载