[發明專利]基于等穩定原則的板式連接支撐計算長度控制方法

在審

• 申請號: 202011609246.0
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112668083A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 劉春剛;張文元;艾立雙;于淼;倪培林;田潤平
• 申請（專利權）人: 中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司;大唐東營發電有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 長春眾益專利商標事務所(普通合伙) 22211
• 代理人: 余巖

本發明提供一種基于等穩定原則的板式連接支撐平面內和平面外的計算長度控制方法，與現有技術相比，本發明具有如下優點：能確保支撐首先發生在希望形成塑性變形的平面外受力方向先于平面內方向發生變形；在相同支撐承載力的條件下，采用本申請設計的焊接H形截面支撐截面面積比采用傳統軋制H形截面面積更小，可直接減小支撐及連接的鋼材用量；相對支撐截面減小，而使得框架側向剛度較小，有利于降低地震力，進而減小框架整體用鋼量；填補了現行國家標準《鋼結構設計標準》關于支撐平面外、內長細比比值的相關規定。

技術領域

本發明屬于鋼結構建(構)筑物承載強度設計技術領域，尤其是涉及一種板式連接支撐計算長度的控制方法。

背景技術

對于中心支撐框架結構體系，確保這種結構體系具有良好延性和抗震耗能能力的關鍵因素就是支撐的延性、支撐的低周疲勞壽命和支撐節點的抗低周疲勞破壞的能力等。支撐采用板式連接節點板(圖4中的10號構件)時，確保大震作用下支撐首先出現平面外(如圖4中由1號構件的柱、3號構件的梁和5號構件的支撐組成的平面為平面內，垂直該平面的方向為平面外)失穩至關重要，只有支撐首先出現平面外失穩而非平面內先失穩，才能有效發揮支撐端部板式節點板的面外塑性轉動功能和支撐跨中的塑性變形能力，形成三處耗能區域---在往復變形中消耗地震能量，起到應有的抗震效果，確保節點板、支撐和他們之間連接的抗低周疲勞破壞能力。

目前，為了實現支撐在大震下首先發生面外失穩，最簡單的做法是使支撐桿件在受力平面外長細比大于平面面內長細比，使支撐平面外的穩定承載力低于平面內的。如果簡單的確保支撐平面外長細比比平面內長細比大很多，使用工程上常用的軋制工字型及H型鋼截面是不難做到的，通常工字型截面和H型鋼截面繞弱軸的回轉半徑遠小于繞強軸的，因此只要使工字型截面的腹板位于框架平面內或支撐腹板鉛垂地面方向布置即可。但從支撐設計的經濟性上看，這種做法是不可取的，會造成支撐在受力平面內和平面外兩個方向的穩定承載力相差比較懸殊，造成支撐截面的浪費，影響支撐及其連接設計的經濟性和節點尺寸的大小---即出現支撐平面內承載能力遠未發揮時，其平面外的承載力便早早的達到極限，相對而言便是支撐全截面鋼材應有能力未充分發揮，造成一定程度的浪費，同時支撐的節點設計連接力是與支撐截面積成正比的，也間接造成節點連接設計和加工的難度及材料的浪費。因此，工程中為了避免這種浪費，往往在支撐截面面積確定之后，保證截面面積不變的情況下，盡量使用寬翼緣軋制H型鋼或焊接扁H形鋼---即能有效增強支撐平面外慣性矩的翼緣較寬、腹板較矮的截面形式。按照受壓構件的穩定理論，首先失穩的方向一定是承載力較小的方向，也是長細比較大的方向，因此對于中心支撐框架結構，在保證不先發生平面內失穩的前提下，使支撐在受力平面外的長細比盡可能接近平面內的長細比，這就涉及到了一個關鍵問題，即在保證經濟性和支撐先發生面外失穩的前提下，支撐平面外的長細比和平面內的長細比的匹配關系問題，需要確定一個支撐平面外的長細比與平面內的長細比的比值的下限。

發明內容

本發明的目的是提供一種中心支撐框架的支撐基于等穩定原則的板式連接，支撐計算平面內和平面外兩個方向計算長度控制方法，有效改善傳統設計中支撐截面一個方向承載力余度過大的問題，使得支撐全截面承載力得到充分發揮外，能有效降低框架的整體用鋼量，提高經濟效益和社會效益。

為實現上述發明目的，本發明提供一種基于等穩定原則的板式連接支撐平面內和平面外的計算長度控制方法，其特征在于包括下列步驟：

1、建立精細化有限元分析模型，模型中應包括支撐、節點板、周邊框架、以及它們之間連接螺栓或焊縫、支撐受力面內和面外的初始彎曲及殘余應力初始缺陷的影響，及支撐不同的長細比、不同的支撐端部節點板厚度、不同的支撐端部節點板預留塑性鉸距離、不同的支撐角度這些變參數，并據此變參數分別建立成對的分析模型。

2、對支撐框架施加水平層間位移或層剪力，模擬支撐及其節點板連接的真實狀態，進行非線性穩定承載力分析；改變支撐約束條件，同時改變支撐初始缺陷的大小，施加層間位移，進行失穩模式的比對，給出平面外和平面內長細比能確保支撐發生面外失穩情況下的關系；