初始弯曲弱化人字撑侧移刚度机制研究.pdfVIP

代崇阳等：初始弯曲弱化人字撑侧移刚度机制研究 初始弯 曲弱化人字撑侧移刚度机制研究 代崇阳， 陈国惠， 李 方 (中国核电工程有限公司郑州分公司。 郑州 450052) 【摘 要】 为优化三铰人字撑的侧移刚度，对单位水平力作用于三铰拱顶时荷载作用点的水平位移泛函进 行了研究。用驻值法证明了人字撑的侧移刚度最大。对正方形截面的混凝土人字撑施加正弦半波状初始弯曲。 用MATLAB7．0进行的4组数值试验表明：随初始弯曲程度的加剧，拉压变形引起的拱顶水平位移略微减小，而由 剪切变形、弯曲变形引起的拱顶水平位移逐渐加大，且后者更为显著。初始弯曲的波峰达到3．0倍截面边长时，拱 顶总水平位移与无初始弯曲时的比值达到6．0。从而解释了初始弯曲弱化人字撑侧移刚度的机制：名义拉压侧移 刚度略微增大后，与同时由*减小的名义剪切侧移刚度和名义弯 曲侧移刚度串联。该认识对调整人字撑的侧移 刚度具有借鉴意义。 【关键词】 人字撑；初始弯曲；侧移刚度；退化 【中图分类号】 TU375．5 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2014)10—0093—02 人字撑在工程结构 中有着广泛的应用 ：桁架转换层可 单位水平荷载作用在三铰拱 的拱顶时，不考虑曲率影 使竖向荷载顺利向下传递，跨度较大的梁下设置人字撑可 响的拱顶水平位移泛函[2为 ： 减小梁的跨度等。但事物皆有其两面性，当在工程结构中 △ = 山 + 2kJc~,出+ 山 (2) 某一层增加人字撑后，将 引起层 间侧移刚度的突变。文 献…规定：结构的侧向刚度宜下大上小 ，逐渐均匀变化。对 (2)式中E、G分别为材料弹性模量、剪切模量；A、l,k分 框架结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比不宜小于0．7， 别为构件截面面积 、截面对中性轴的惯性矩、截面形状系 与相邻上部三层侧向刚度平均值的比值不宜小于0．8。基 数 ，积分路径为拱的右半跨，从拱顶到拱趾。令该泛函的偏 于此 ，在层高、构件材料和截面均无法调整时，期望寻找一 导数 ’ =0，根据拱曲线通过坐标原点可得：Y= ，该式 ∞ L 种有效的方法来弱化人字撑 的侧移刚度，从而满足文献… 恰是人字撑的曲线方程。从而证明了在通过给定拱趾和拱 的要求。在力学中，刚度的倒数称为柔度 ，其物理意义为结 顶的对称三铰拱族中，单位力作用于拱顶时，人字撑顶端水平 构在单位荷载作用下，荷载作用点沿该单位荷载作用方向 所产生的位移。本文以柔度为切入点展开研究。 位移最小，为△= ~／， ： ，此时侧移刚度最大。 1 计算简图 2．2 施加初始弯曲后拱顶水平位移 以跨度为L、矢高为，的对称三铰拱曲线族为研究对象。 受前文推导结果的启发，对人字撑施加正弦半波状初 坐标原点置于拱顶，拱曲线方程为Y= )。拱顶作用沿 始弯曲e，使其成为略微外凸的拱，详见图1所示。其右半 轴正向的单位荷载，结构计算简图和支座反力如图1所示。 跨拱曲线为： =一esin(“ D) (3) 其中，D= ／4+ 。根据图1和 (3)式有：