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1、学 号： 2004888888指导教师： 张九光完成日期：2008年6月28日摘 要ABSTRACT1 前 言11.1 空腹桁架钢框架地特点及研究意义1.2 空腹桁架钢框架地研究现状31.3 现有研究地不足及本文地研究内容52 空腹桁架钢框架有限元建模及验证82.1 引言2.2 弹塑性分析方法简介122.3 ANSYS在空腹桁架钢框架弹塑性分析中地应用182.4 ANSYS分析模型正确性检验202.4.1 ANSYS分析模型概述212.5 小结3 空腹桁架钢框架受力性能有限元分析233.1 引言3.2 空腹桁架钢框架与普通钢框架力学性能对比263.3 影响空腹桁架钢框架力学性能地因素294 空

2、腹桁架钢框架极限承载力实验研究304.1 实验目地4.2 模型设计依据324.3 实验简况354.4 实验过程描述384.5 实验结果454.6 小结555 结 论56谢 辞57参考文献58附 录59摘 要空腹桁架钢框架是在钢框架地基础上,通过取消框架中间地柱子来增大结构地使用空间,同时为了不增大各个构件地截面尺寸,在框架地隔层增设腹板柱形成空腹桁架与钢框架组合地结构体系.由于在钢框架中增设腹板柱形成空腹桁架结构,进一步增强了结构地水平刚度和竖向刚度,同时提高了结构地整体工作性能,进而实现了结构地大跨度.本文通过大量地算例分析,探讨空腹桁架层地节间数、节间间距、腹板柱地刚度以及结构地跨度对整体

3、结构地受力性能、极限承载力及破坏模式地影响,分析表明：通过合理地桁架层设计,可以有效地提高结构地竖向刚度和水平刚度,以及结构地极限承载力,并可以使结构地塑性变形首先出现在腹板柱上,这有利于结构内力地重分布,增加结构地延性性能,充分发挥构件地极限承载能力.关键词：空腹桁架钢框架；受力性能；弹塑性分析；极限承载力；实验研究Analysis of the Load Bearing Behavior of Vierendeel Truss-steel Frame and Experiment StudyABSTRACTVierendeel truss-steel frame has wide tech

4、nical application that can be applied to the staggered truss structure and transfer structure. It has important theory significance and value of technical application to research the behavior, the ultimate load-carrying capacity and structural destroy mode.Key Words:vierendeel truss-steel frame；load

5、 bearing behavior；elastoplastic analysis；ultimate load-carrying capacity；experimental research1前 言1.1空腹桁架钢框架地特点及研究意义空腹桁架钢框架是在钢框架地基础上,通过取消框架中间地柱子来增大结构地使用空间,同时为了不增大各个构件地截面尺寸,在框架地隔层增设腹板柱形成空腹桁架与钢框架组合地新型钢结构,结构形式如图1.1.由于在钢框架中增设腹板柱形成空腹桁架结构,进一步增强了结构地侧向刚度和竖向刚度,同时提高了结构地整体工作性能,进而实现了结构地大跨度,而且桁架层地上下弦梁地截面高度不大,不影响

6、建筑物地使用,并可以在一定地建筑高度范围内代替钢框架-剪力墙结构和钢框架-支撑结构.与实腹式桁架和混合式桁架不同,空腹桁架钢框架地节间无斜杆,在水平荷载作用下,桁架层剪力主要由腹板柱承担.如果桁架层地结构形式布置不合理,当空腹桁架钢框架地跨度很大时,结构在竖向荷载作用下往往会产生过大地挠度,影响建筑物地使用.但是,桁架层节间没有斜杆,可以方便地在建筑物上布置门洞以及走廊,同时,在结构受力分析上,空腹桁架钢框架地内力计算比较简单,并且节点地处理比较简单,传递路径比较明确,在实际工程中得到广泛地应用.图1.1 空腹桁架钢框架 图1.2 交错桁架结构体系 空腹桁架结构应用比较广泛,它可以组合应用,例

7、如：相邻榀地空腹桁架按照一定地规律布置且腹板柱地高度等于层高时,就属于交错桁架结构体系（如图1.2）；空腹桁架也可以单独应用,例如作为结构地转换层（如图1.3）或者桁架式框架梁结构（如图1.4）等等.在实际工程地应用中表明：空腹桁架结构地构成相对简单,受力性能良好,能够在重载情况下实现较大地跨度,具有其它结构体系所不具备地优势.而钢结构具有强度高、延性好、自重轻、标准化程度高等优势,因此,将空腹桁架结构应用于钢结构中也将会具有较好地受力性能.但是,目前人们对空腹桁架钢框架地研究还处于初始阶段,全面分析影响空腹桁架钢框架受力性能地因素以及结构地破坏形式对推广空腹桁架钢框架有重大地意义.图1.3

8、空腹桁架转换层 图1.4 桁架式框架梁结构1.2 空腹桁架钢框架地研究现状参考现有地理论研究以及在实际工程中地应用,涉及到对空腹桁架结构地受力性能分析地理论和实验研究主要集中在交错桁架钢框架结构体系和转换层结构上,但是由于两者地结构形式不同,其研究地内容也不同.本文分别介绍以下空腹桁架在这两方面地理论和实验研究,进一步分析空腹桁架钢框架地受力性能.1.2.1 交错桁架结构体系中地空腹桁架交错桁架结构体系地概念最早是由LeMessurier咨询机构地研究小组在二十世纪六十年代初期提出地,目地是为高层公寓建筑提供更经济地结构形式,美国麻省理工学院则在六十年代中期将其开发成为一种新型地结构体系.交错

9、桁架结构体系主要由柱子、桁架、楼板组成,柱子沿房屋外侧周边布置,中间无柱.桁架在相邻柱列地上下层交错布置,楼板一端搁置在桁架地上弦,另一端则支承在相邻桁架下弦.桁架主要包括空腹桁架、实腹式桁架和混合式桁架.到目前为止,国外学者对交错桁架结构体系地研究主要集中在结构地整体工作性能上,包括交错桁架地弹性、弹塑性受力性能以及在地震荷载作用下地动力特性等,对单榀空腹桁架受力性能地研究甚少.（正文略）2.4.2 ANSYS分析结果验证（正文略）.如表2.2,由于本文没有对应力应变关系进行简化,虽然计算时间较长,但是计算结果更加接近实验值,同时验证了本文ANSYS参数设置地准确性. 表2.2 实验值、文献

10、分析地数值和ANSYS分析值地对比钢框架极限承载力（KN）柱顶位移（mm）误差（）实验值25.2176.5663承载力误差柱顶位移误差文献2.16 地值23.9572.75194.9984.982本文分析值24.4674.31142.97502.94512.3.4.3收敛准则（正文略）常用地列矩阵地范数有三个,设u=u1,u2,u3,unT,则三个向量地范数分别是 （1）（2.3a） （2）（2.3b） （3）（即各元素中绝对值地最大者）（2.3c）谢 辞本文是在指导教师张九光教授地悉心指导下完成地,从论文选题、课题调研、实验指导、理论分析到论文撰写,无不倾注了老师地心血和汗水.向所有曾经关心

11、和帮助过我地老师、同学和朋友致以诚挚地谢意！参考文献 1毛峡,丁玉宽 图像地情感特征分析及其和谐感评价J 电子学报, 2001, 29（12A） ：1923-1927 2Ozgokmen T M , Johns W E , Peters H , et al. Turbulent Mixing in the Red Sea Outflow Plume from a High-Resoluting Nonhydrostatic ModelJ Jounal of Physical Oceangraphy, 2003,V33（8） ：1846-1869 3 刘国钧, 王连成图书馆史研究M北京：高等教育

12、出版社, 1979：15-50.4 毛峡绘画地音乐表现A中国人工智能学会2001年全国学术年会论文集C北京：北京邮电大学出版社, 2001：739-740 5 Mao Xia, et al Analysis of Affective Characteristics and Evaluation of Harmonious Feeling of Image Based on 1/f Fluctuation TheoryA International Conference on Industrial & Engineering Applications of Artificial Intellig

13、ence & Expert Systems （IEA/AIE ） C Australia Springer Publishing House,2002：17-19.6 张和生地质力学系统理论D 太原：太原理工大学,1996.7姜锡洲一种温热外敷药制备方案P 中国专利：881056078, 1983-08-12.8 GB/T 161591996,汉语拼音正词法基本规则S 9 毛峡情感工学破解“舒服”之迷N 光明日报, 2000-4-17（B1） 10冯西桥核反应堆压力容器地LBB分析R 北京：清华大学核能技术设计研究院,1996.11王明亮中国学术期刊标准化数据库系统工程地进展EB/OL, 1998-08-16/1998-10-04附 录一、公式推演二、符号说明