结构非线性极限承载力的影响因素研究

结构非线性极限承载力的影响因素讨论【摘要】错列桁架体系高层钢木混合结构住宅是一种新型的绿色住宅，该结构具有截面轮廓尺寸小，构件细长和板件柔薄的特点。结构的失稳破坏是比较突发的，结构一旦屈曲，结构随即崩溃，很多的实际事故证实了结构失稳破坏远比强度破坏危险，因而对结构进行整体稳定性分析尤为重要。本文讨论了非线性承载力的因素，旨在为掌握稳定问题的本质和规律以及正确的计算方法提供依据，从而避开中的失稳破坏。【关键词】非线性；承载力；因素影响结构非线性承载力的因素有很多，主要包括结构几何非线性效应、材料非线性、几何初始缺陷、残余应力等等。因此，求解结构极限承载力时，需要同时考虑几何非线性和材料非线性双重非线性的影响。1.几何非线性结构几何非线性是由于结构变形使结构原来的荷载作用位置发生改变而产生的附加作用力效应，通常称为二阶效应。考虑几何非线性，一般应考虑以下两个方面的问题：一是杆件横向位移情况下，轴力对结构刚度的影响，即杆件的 P-δ 效应。由于它的影响是促使杆件失稳，因此又称为杆件失稳效应。在建立单元刚度矩阵时，应引入“几何刚度矩阵”；二是结构大变形对结构内力的二阶效应，即结构的 P-Δ 效应。其结果是侧移及倾覆弯矩增加，由于附加侧移及倾覆弯矩，对抗侧的刚度及稳定有不利影响，设计中应予以考虑，并应该依照结构变形后的几何位置来建立结构内外力的平衡条件。考虑二阶效应的基本做法是在单元的刚度矩阵中包含轴力的影响，从而得到几何刚度矩阵。二阶效应对钢结构内力和稳定极限承载力均有影响。试验证明影响 P-Δ 效应的主要因素为轴力、层间位移和柱子刚度。结构的几何非线性一般由 P-Δ 效应来控制[1]。2.材料非线性结构在荷载作用下既呈现几何非线性又呈现材料非线性。材料非线性产生材料性质的变化，如当屈服出现或当应力-应变关系出现非线性。一般说来，结构呈现的材料非线性响应主要由下列一些因素引起：塑化效应，也即由于材料非线性的本构关系引起材料塑性沿着横截面高度和构件长度方向逐渐进展的现象；半刚性连接引起的非线性变形；节点剪切区引起的非线性变形[2][3]。3.初始缺陷实际工程结构总是存在缺陷的，影响结构稳定承载力的缺陷因素很多，大体可分几何缺陷和力学缺陷两类。杆件的初始弯曲、初始偏心、扣件的拧紧程度以及杆件的缺失等都属于几何缺陷；力学缺陷一般表现为初始应力和力学参数（如弹性模量、强度极限、节点刚度等）的不均匀性。...