对混凝土规范ρ-δ效应设计方法及复杂框架结构二阶效应设计方法的研究

作     者：喻德建 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏巍

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：二阶效应 越层柱 错层结构 等效计算长度 

摘      要：二阶效应问题是结构中普遍存在的力学现象,在进行结构设计时,二阶效应对结构内力和变形的影响不容忽视。就钢筋混凝土结构而言,从理论上不断地加强对二阶效应规律的认识并将其运用于工程设计,具有重要的实际意义。近年来,学术界对结构中二阶效应问题的理论研究已取得了诸多进展,但针对钢筋混凝土结构的特点,在这一领域仍存在着不少问题有待深入研究,并期待着其研究成果能为工程设计提供指导和服务。我国《混凝土结构设计规范》在考虑二阶效应问题方面,从2002版至2010版,已经逐步建立起了一套较为完善的理论体系和设计方法可供工程界参考,其中许多内容的研究成果已与世界范围内的最新进展同步。随着本研究团队相关工作的推进,本论文作者在对现行规范有关二阶效应条文相关内容部分进行深入思考后发现,规范在有关二阶效应问题设计方法的以下几个方面仍然值得研究:1)规范第6.2.3条对不需要考虑计算ρ-δ效应界限的思路和方法上尚存不够全面的情况;2)偏心受压杆件在二阶内力分析阶段和截面设计阶段考虑附加偏心距的思路不清晰;3)对于实际工程中仍会经常遇到的复杂结构,如错层框架和包含越层柱的结构,目前的规范和商业软件(以PKPM为例)仍然没有明确提供简便有效的方法可供考虑计算其二阶效应问题。鉴于上述问题及现行规范中考虑二阶效应相关条文存在的不足,有必要对其进行深入的分析和研究,以完善规范中有关混凝土框架结构二阶效应的设计方法,为工程设计提供依据。本文作者通过对上述问题的系统研究和计算分析,取得了以下有一定意义的研究成果:(1)在深入理解ρ-δ效应基本规律以及m nsC-η法求解ρ-δ效应基本思路的基础上,结合我国现行规范考虑不需要计算ρ-δ效应界限的方法,指出了在确定计算界限条件时存在的不足。通过改进计算方法和系列算例分析,给出了对计算界限的调整建议。此部分研究成果可供下一轮规范修订参考。(2)通过对现行规范GB50010-2010有关二阶效应条文相关内容部分的梳理,发现规范在对偏心受压构件进行二阶内力分析阶段及截面设计阶段,其考虑附加偏心距时存在思路不一,有待统一理清的问题。根据偏心受压构件考虑附加偏心距的出发点,结合对二阶效应规律的认识,提出了在内力分析阶段统一考虑附加偏心距的思路。在此基础上,对规范相关条文提出了调整意见,可供下一轮规范修订参考。(3)针对实际工程设计中存在的包含越层柱的复杂结构,根据本团队杨光磊提出的基于构件实际约束状态的独立杆件分析法,结合系列算例分析,求解得到了任意约束条件下越层柱的计算长度系数;在基于传统0η-l法的基础上,提出了计算复杂结构越层柱二阶效应的简化方法,可供工程设计人员参考。(4)在对错层框架结构进行不同荷载工况下的弹性二阶分析的基础上,得到了错层框架柱的受力特点及其二阶效应基本规律,提出了错层部分可以按照水平荷载作用方向一侧的楼层定义错层结构错层柱的方法。在基于构件实际约束状态的独立杆件分析法和求解越层柱二阶效应计算长度系数方法的基础上,提出了针对错层框架的二阶效应实用计算方法,可供工程设计人员参考。