[发明专利]考虑内力分项贡献度的框架结构构件重要性系数计算方法

摘要

本发明涉及一种考虑内力分项贡献度的框架结构构件重要性系数计算方法。首先，基于线弹性材料假设，利用应变能方程和框架节点—外荷载关系计算框架梁、柱构件的各内力分项；然后，将各构件内力分项值除以构件极限承载力，得到构件的内力分项重要性系数；最后，考虑各内力分项的联合作用，定义构件的综合重要性系数。本发明方法：1）基于构件内力分项计算重要性系数，过程简单易于实现，物理意义明确，具有良好的工程实用性；2）构件的内力分项重要性系数可以用于判断构件的抗力利用率（安全储备），而基于分项重要性系数组合得到的综合重要性系数可以体现构件在给定外荷载作用下对框架体系整体承载力的贡献度。

主权项

1.一种考虑内力分项贡献度的框架结构构件重要性系数计算方法，其特征在于：首先，基于线弹性材料假设，利用应变能方程和框架节点—外荷载关系计算框架梁、柱构件的各内力分项；然后，将各构件内力分项值除以构件极限承载力，得到构件的内力分项重要性系数；最后，考虑各内力分项的联合作用，定义构件的综合重要性系数；该方法具体实现步骤如下，S1、计算框架构件内力值：对于给定的外荷载组合，首先以应变能方程及刚度矩阵方程为理论基础，计算框架梁、柱构件的杆端内力值其次根据计算构件其他截面m的内力值最后再基于公式(1)此求得最大内力值Fⁱ：式中，分别表示构件i的最大轴力、剪力、弯矩；S2、计算框架构件内力分项重要性系数：独立考虑各内力分项的贡献度时，以构件i的最大内力分项值与对应的极限承载力分项值之比作为构件重要性的评价指标；分别定义i的内力分项重要性系数式中F_N、F_Q、F_M分别表示框架所有构件轴向、剪切和弯曲极限承载力的集合；系数的物理意义为构件i各内力分项的抗力利用率；S3、计算框架构件综合重要性系数：考虑框架构件内力分项联合作用效应时，可分为竖向荷载为主和水平荷载为主两种情况进行分析：1)当框架主要承受竖向荷载时，剪切力对框架柱的影响很小，因此仅考虑轴力N与弯矩M的联合作用，以正截面承载力N‑M相关曲线作为理论依据；假设小偏心受压情况，小偏心受压时N与M正相关，框架柱破坏模式也与N、M正相关，故定义柱构件i的综合重要性系数此时框架梁j同时承受轴力、剪力和弯矩作用，类似地定义其综合重要性系数2)当框架主要承受水平荷载时，框架柱为大偏心受压，仍可采用正截面承载力N‑M相关曲线为理论依据，即当M确定时，N值越小构件越趋于破坏；此时框架同时考虑剪力及弯矩、轴力的联合作用：式中：此处定义为构件i的轴力相关系数，解释为当构件i处于大偏心受压时，N与M负相关，即轴向压力的存在使得柱正截面的受弯承载力提高，亦即对于给定的N，M越大框架柱越容易破坏；此时框架柱破坏模式与M正相关，与N负相关；而框架结构在水平荷载作用下的N值随框架跨度、高度变化波动很大，故以为基准，则与成正相关，故与成正相关，以保证综合重要性系数中各分量皆满足在[0,1]范围内的要求；此时框架梁仍然同时承受轴力、剪力和弯矩作用，综合重要性系数仍采用式(4)。