在框架中的结构中柱间存在相互支援作用是一个客观存在的内在规律,得到支援的柱子临界力会相应增加,提供支援的柱子临界力会相应减小。在计算临界力时,若不能考虑这种支援作用,将会低估或高估柱子的临界力,带来安全隐患。从下面的两个例子中(表1.1、表1.2)可分别看到同层柱间的相互支援(左柱支援右柱)和各层层间的相互支援(上层支援下层)两个支援作用。
当同层各柱内轴力不同时,柱间支援作用就凸显出来了;当各层轴力不同时,层间支援作用也凸显出来了。若框架同层各柱轴力和各层轴力都相等,这样的框架称为规则框架,反之为不规则框架。目前规范中(如《钢结构设计标准》)确定计算长度系数的相关表格仅适用于规则框架。
规则框架(各柱轴力不同)与不规则框架(各柱轴力相同)差异对比如下所述。
表1.1 规则框架与不规则框架的临界力差异对比表
表1.2 (两层)规则框架与不规则框架的临界力差异对比表
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从以上计算可以看出,我国《钢结构设计标准》给出了框架柱计算长度系数的计算表格,仅适用于规则框架(各柱轴力不同)而不适用于不规则框架(各柱轴力相同)。那么不规则框架临界承载力怎么计算呢?
我国《钢结构设计标准》给出了无支撑自由侧移和强支撑无侧移的框架柱计算长度系数的计算表格,实际工程中大多框架柱无法实现强支撑无侧移,通常都介于无侧移和自由侧移之间,属于弱支撑框架柱,对于这种类型的框架柱其计算长度系数应该怎么确定?这是目前规范中还缺少和亟待研究和补充的内容。
对于多层框架弹性稳定承载力基于规范的计算长度系数法需要逐根柱计算,由于框架杆件较多,计算烦琐,而且每根柱不同的计算长度系数都可计算出不同的结构临界力,这显然与实际不符,求解过程是否可以进行一些简化,能否用其他方法来求解?另外,框架同层之间各柱荷载不同和刚度不同存在支援作用,框架各层之间也存在相互支援作用,怎么考虑这两种支援作用呢?
当前使用有限元软件求解结构稳定性越来越频繁,而对于软件计算理论和方法却隐含在软件中,工程师对于软件计算内核了解却很少。如何对有限元计算结果进行检验?能不能将复杂的框架临界力求解转变为工程师比较熟悉的挠度或者刚度问题进行求解呢?
我国规范没有给出框架-剪力墙弹性稳定承载力的计算方法,若按照文献中一阶计算连续化方法求解二阶稳定问题是极为困难的,求解过程需要借助数学软件进行计算,有没有能够直接计算框架-剪力墙结构临界承载力的实用解析算法呢?能不能很容易地确定出框架-剪力墙结构中受压柱的计算长度系数呢?
我国《混凝土结构设计规范》给出的钢筋混凝土截面承载力计算和配筋计算是基于等效矩形应力换算理论推导的,这种理论是否存在不合理之处呢?规范给出的考虑二阶效应的钢筋混凝土截面配筋计算需要求解的参数众多,直接按公式求解显然是效率低下的,能否采用无量纲的方式尽量消除一些参数的影响?怎样才能对这类截面进行快速配筋计算或承载力验算呢?或者能否为设计人员提供一种简单高效的手算工具?
实际工程结构中的混凝土会开裂,钢筋会屈服,即结构具有弹塑性。若考虑混凝土开裂,结构刚度会降低,怎么考虑这种刚度降低呢?影响刚度变化的因素有哪些呢?能否可以用解析推导的弹性整体稳定承载力的求解公式来计算结构弹塑性稳定承载力呢?
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