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第一篇 钢结构框架体系高等分析1

第一章 概论1

第一节 钢结构框架体系的种类1

第二节 钢结构框架构件形式3

第三节 钢框架的梁柱连接形式4

第四节 钢框架的节点域变形5

第五节 钢结构框架体系的主要分析问题和分析方法6

第六节 钢结构框架体系单元种类7

参考文献7

第二章 等截面梁单元弹性刚度方程9

第一节 方程的一般形式9

一、受拉梁单元9

二、受压梁单元12

三、方程的级数展开13

四、带初始几何缺陷的梁单元14

一、忽略剪切变形的影响16

第二节 方程的特殊形式16

二、忽略轴力的影响18

三、忽略轴力和剪切变形的影响19

第三节 方程的应用示例19

一、排架19

二、简支梁21

参考文献22

第一节 引言23

第三章 楔形梁单元弹性刚度方程23

第二节 Timoshenko-Euler楔形梁单元24

一、平衡微分方程24

二、刚度方程25

第三节 数例验证27

一、刚度矩阵对称性验证27

二、静力挠度验证27

三、弹性临界力验证28

四、自由振动频率验证28

六、结构算例29

五、多项式项数的影响29

第四节 小结30

参考文献30

附录A32

附录B33

第四章 组合梁单元弹性刚度方程34

第一节 组合梁的受力特点与分类34

一、无共同作用时组合梁抗弯刚度35

第二节 共同作用效应对组合梁弹性抗弯刚度的影响35

二、完全共同作用组合梁抗弯刚度36

三、部分共同作用组合梁抗弯刚度37

第三节 钢—混凝土组合梁单元弹性刚度方程38

一、基本假定38

二、部分共同作用组合梁平衡微分方程的建立39

三、组合梁单元刚度方程40

四、等效节点荷载44

第四节 算例分析46

第五节 待进一步研究的问题47

参考文献48

第五章 框架钢梁柱截面屈服与滞回模型50

第一节 单向受弯梁截面的屈服50

第二节 单向受弯柱截面的屈服51

第三节 双向受弯柱截面的屈服52

一、初始屈服面方程52

二、极限屈服面方程53

三、极限屈服面方程的近似表达式56

四、扭矩对屈服面方程的影响57

第四节 滞回模型59

一、反复加载与滞回特性59

二、梁截面滞回模型59

三、单向受弯柱截面滞回模型61

四、双向受弯柱截面滞回模型61

第五节 梁柱截面受力与变形状态判别62

参考文献62

一、钢材应力-应变关系滞回模型64

第一节 往复荷载下钢材和混凝土的本构关系模型64

第六章 组合梁截面滞回特性与模型64

二、混凝土应力-应变关系滞回模型65

第二节 弯矩-曲率滞回曲线计算67

一、计算假定67

二、截面划分68

三、截面弯矩-曲率关系的计算68

第三节 弯矩-曲率滞回特性70

一、组合梁弯矩-曲率滞回曲线特征70

二、组合梁弯矩-曲率滞回曲线的典型阶段71

第四节 弯矩-曲率滞回关系影响因素71

一、混凝土翼板厚度（hc）72

二、混凝土翼板宽度（Bc）73

三、钢梁梁高（hs）74

四、截面材料总强度比（γ）74

五、钢材屈服极限（fy）76

六、混凝土抗压强度（fck）76

七、小结78

第五节 弯矩-曲率滞回模型79

一、骨架线模型79

二、滞回规则81

参考文献83

第七章 梁单元弹塑性刚度方程85

第一节 塑性铰理论85

一、单元一端形成塑性铰情形86

二、单元两端形成塑性铰情形88

第二节 Clough模型89

第三节 广义Clough模型90

第四节 弹塑性铰模型90

第五节 弹塑性铰模型与（广义）Clough模型的对比94

一、单元仅端1屈服情形94

二、单元两端均屈服情形95

三、数例96

第六节 残余应力的影响与楔形梁单元的处理97

一、残余应力对塑性沿截面扩展的影响97

二、残余应力对塑性沿杆长方向扩展的影响98

第七节 带有内部塑性铰的梁单元99

三、楔形梁单元的处理99

第八节 组合梁分段变刚度模型101

一、组合梁分段变刚度模型101

二、分段梁单元刚度方程103

第九节 应用示例106

一、等截面门式钢刚架106

二、变截面门式钢刚架107

三、Vogel门式钢刚架108

四、Vogel六层钢框架109

五、跨中有集中荷载的单层刚架111

六、梁上有均布荷载的单层刚架111

七、跨中有集中荷载的四层钢框架112

八、两跨三层组合梁钢框架112

参考文献114

第一节 柱单元的受力与变形116

第二节 双向受弯柱单元的弹性刚度方程116

第八章 柱单元弹性及弹塑性刚度方程116

第三节 双向受弯柱单元的弹塑性刚度方程118

第四节 单向受弯柱单元的弹性及弹塑性刚度方程121

第五节 楔形柱单元的轴向刚度122

一、弹性刚度122

二、弹塑性刚度123

第六节 试验验证123

一、试件123

二、加载装置与测点布置126

三、加载方案127

四、试验的理论分析130

五、分析与实测的对比131

参考文献132

第九章 节点域和梁柱连接受力性能及其对框架梁柱刚度影响133

第一节 节点域的受力性能133

一、节点域的受力及弹性刚度133

二、节点域剪切变形与剪切力矩的弹塑性关系135

第二节 节点域剪切变形对框架梁、柱刚度的影响135

一、连带节点域框架梁单元刚度方程136

二、连带节点域单向受弯柱单元刚度方程138

三、连带节点域双向受弯柱单元刚度方程139

第三节 梁柱连接受力性能140

一、半刚性连接的约束关系141

二、半刚性连接的滞回关系145

第四节 梁柱连接变形对框架梁刚度的影响147

一、连带连接框架梁单元刚度方程147

二、连带连接及节点域框架梁单元刚度方程148

一、节点域对框架侧移的影响149

第五节 示例149

二、梁柱连接对框架侧移的影响153

参考文献155

第十章 支撑单元弹性及弹塑性刚度方程156

第一节 普通支撑的受力与滞回特性156

第二节 普通支撑弹性及弹塑性刚度的理论分析方法157

第三节 普通支撑的滞回模型161

第四节 防屈曲支撑滞回特性与滞回模型163

第五节 支撑的刚度方程164

参考文献165

第十一章 剪切梁及其弹性与弹塑性刚度方程167

第一节 偏心支撑框架与剪切梁167

一、偏心支撑框架167

二、剪切梁的条件167

第二节 剪切梁的滞回模型168

第三节 剪切梁的刚度方程170

参考文献171

第一节 一般分析方法172

第十二章 平面框架体系弹性稳定分析172

第二节 等截面框架柱计算长度173

一、框架柱计算长度概念173

二、计算假定与计算简图174

三、计算长度计算公式175

四、计算长度简化计算公式179

五、计算长度的修正179

六、剪切变形对计算长度的影响181

七、计算示例182

一、不同边界条件下的楔形压杆186

第三节 变截面框架柱计算长度186

二、门式钢刚架楔形柱188

参考文献191

第十三章 平面框架体系非线性分析193

第一节 一般分析方法193

一、受载分类193

二、承载力极限状态的判别准则194

三、分析步骤195

四、基本单元与基本未知量195

五、第一类受载的结构分析195

六、第二类受载的结构分析196

七、数例196

第二节 考虑P-△效应的近似计算198

一、近似计算公式198

第三节 考虑P-△效应的简化计算模型200

一、简化模型的建立200

二、示例200

二、数例202

参考文献203

第十四章 平面框架体系地震反应分析204

第一节 一般分析方法204

一、结构的运动微分方程204

二、结构运动微分方程的求解205

三、结构的质量、刚度、阻尼矩阵的确定208

四、算例209

第二节 半刚架分析模型210

一、分析假定与半刚架折算规则210

二、半刚架梁单元刚度方程212

三、算例213

第三节 剪弯层分析模型215

一、模型的等效刚度215

二、模型的层间剪切屈服参数217

三、示例218

一、支撑框架的分解与简化221

第四节 支撑框架结构简化分析模型221

二、纯框架的层间刚度矩阵222

三、纯支撑体系的层间刚度矩阵222

四、算例223

参考文献223

第十五章 空间框架体系分析模型224

第一节 空间杆系模型224

一、局部坐标转化为整体坐标224

二、楼面的无限刚性要求227

三、结构的总体刚度方程及静力凝聚229

第二节 平面子结构模型230

一、平面子结构在整体坐标下的刚度方程230

二、空间框架的总体刚度方程233

三、算例233

第三节 综合离散模型234

一、综合离散法的基本思想234

二、广义单元分析236

三、广义结构刚度方程239

四、结构分析步骤240

五、算例241

参考文献243

第二篇 钢结构框架体系系统可靠度设计244

第十六章 结构设计方法概论244

第一节 确定性方法244

一、容许应力设计法（Allowable Stress Design，简称ASD）244

第二节 结构构件可靠度设计法245

二、塑性设计法（Plastic Design，简称PD）245

第三节 结构系统可靠度设计法247

参考文献248

第十七章 结构系统可靠度计算250

第一节 结构可靠度基本概念250

一、结构的功能要求250

二、结构的功能函数250

三、结构极限状态251

四、结构可靠度251

五、可靠指标252

第二节 结构可靠度分析的实用方法254

一、中心点法254

二、验算点法259

第三节 随机变量间的相关性对结构可靠度的影响261

第四节 结构系统可靠度概念与上下界262

一、基本概念262

二、结构系统可靠度的上下界264

第五节 结构系统可靠度计算的随机抽样半解析法265

一、方法的原理265

二、随机抽样266

三、计算近似概率密度函数的指数多项式法268

第六节 示例269

一、钢梁截面的受弯弹性极限承载可靠度269

二、门式钢刚架的极限承载可靠度272

参考文献274

第一节 钢结构框架体系结构抗力的随机性276

第十八章 钢结构框架体系系统可靠度评价276

第二节 荷载的随机性278

第三节 典型钢结构框架体系系统可靠度评价279

一、随机变量相关性的影响279

二、在竖向荷载作用下结构的系统可靠度评价280

三、在水平和竖向荷载作用下结构的可靠度计算282

第四节 结构系统可靠度评价对比283

参考文献284

一、目标可靠度指标286

第十九章 钢结构框架体系系统可靠度设计方法286

第一节 基于系统可靠度的结构设计286

二、荷载和荷载组合287

三、实用设计公式287

第二节 随机变量相关性对分项系数的影响292

第三节 结构系统可靠度设计与其他设计方法的比较294

一、门式钢刚架结构294

二、多层钢框架结构297

参考文献301