基于刚体准则的空间框架弹塑性非线性分析方法

• 作者: 杨永斌 陈朝晖 陶宇宸
• 来源期刊: 建筑结构学报
• 学科: 工学
• 关键词: 空间框架 几何非线性 刚体准则 增量迭代法 改进塑性铰模型
• 年，卷（期）: 2020,（10）
• 所属期刊栏目: 基础理论与共性技术
• 页码范围: 139-149
• 页数: 11页
• 分类号: TU311.1|TU311.2
• 语种: 中文
• DOI: 10.14006/j.jzjgxb.2018.0477

摘要

基于刚体准则,采用二阶改进塑性铰模型,构建了空间弹塑性梁单元及其弹塑性刚度矩阵,建立了高效简洁的非线性增量迭代方法,可有效分析截面屈服产生的有限转动、二阶效应等柔性空间钢框架结构材料与几何非线性耦合效应.对于受初始力平衡的单元,随着单元的刚体转动与移动,其初始平衡力在当前状态下应保持大小不变,仅方向随单元做刚体转动,而实际结构的变形可以视为较大的刚体位移与较小的自然变形(弹性或非弹性)的组合.将此刚体准则植入增量迭代法,在预测阶段采用通过了刚体运动检验的弹塑性矩阵,从而合理确定迭代初始方向;在修正阶段使用刚体准则计算单元结点力,保证了计算精度.对三个典型柔性框架结构所做分析表明,本文方法能够准确预测结构的极限承载力值与塑性铰发展过程.对于空间框架结构,每根杆件仅需划分一个单元,极大提高了计算效率、降低了计算成本.与塑性区法、纤维元法以及考虑截面翘曲的修正切线刚度法等相比,本文提出的方法具有物理概念明确、单元划分少、刚度矩阵简单、分析过程简洁、计算精度与效率高等显著特点,适于工程应用.