一种框架结构的加载及预内力计算方法技术

本发明专利技术公开了一种框架结构的加载及预内力计算方法，包括计算横向构件及第二构件的总荷载；调整横向构件和/或第二构件的至少一节点的连接状态为第一连接状态，施加第一荷载及预载，将横向构件和/或第二构件的至少一节点的连接状态调整为第二连接状态，卸除预载及施加第二荷载，基于第一荷载及预载，计算框架结构在第一连接状态下的内力，基于卸除预载及施加的第二荷载，计算框架结构在第二连接状态下的内力，叠加第一连接状态下的内力及第二连接状态下的内力得到目标内力。采用本发明专利技术的计算方法，可使框架结构构件全长范围的正负弯矩得到有效的消减及均化，进而提高框架结构构件在结构中的受力性能和经济性，为结构的方案可行性提供了方向。

【技术实现步骤摘要】
一种框架结构的加载及预内力计算方法
本专利技术涉及结构工程
，尤其涉及一种框架结构的加载及预内力计算方法。
技术介绍
在框架结构的实际设计建造(制造)应用中，为了分析判断框架结构的控制性内力，主要采用计算框架结构弯矩的方式。目前，在计算弯矩时，通常是将框架结构构件与构件之间连接状态假定为铰接或刚接并承受全部荷载来计算，根据计算出的结果确定结构的经济性、合理性、可行性。然而，在实际设计和建造(制造)中发现，采用上述方式计算得到的框架结构构件的受力弯矩分布极为不均，以框架结构为梁柱结构为例，若梁的两端与中部的受力弯矩分布非常不均，导致两端与中部的弯矩幅差较大，则可能导致需增大梁的截面的情况，从而导致工程造价较高，技术措施难度较大，甚至有可能误判做出结构不可行的结论。
技术实现思路
本专利技术实施例公开了一种框架结构的加载及预内力计算方法，能够有效消减均化框架结构的梁柱承受的正负弯矩，从而提高框架结构在结构中的受力性能和经济性。本专利技术提供了一种框架结构的加载及预内力计算方法，所述框架结构包括第一构件及与所述第一构件连接的第二构件，所述方法包括：计算所述框架结构在初始连接状态下承受的总荷载；调整所述第一构件与所述第二构件的连接节点的状态，使其由所述初始连接状态调整至第一连接状态，在所述第一构件及所述第二构件上施加第一荷载以及预载；调整所述第一构件与所述第二构件的连接节点的状态，使其由所述第一连接状态调整至第二连接状态，卸除所述第一构件及所述第二构件上施加的所述预载，以及在所述第一构件及所述第二构件上施加第二荷载；基于所述第一荷载及所述预载，分别计算所述第一构件及所述第二构件在所述第一连接状态下的内力，以及基于卸除所述预载及施加的所述第二荷载，分别计算所述第一构件及所述第二构件在所述第二连接状态下的内力，叠加各所述内力，得到目标内力；其中，所述第一荷载为所述总荷载的部分荷载，所述第二荷载为所述总荷载除去所述第一荷载的剩余荷载；所述初始连接状态时所述连接节点的约束个数大于所述第一连接状态时所述连接节点的约束个数，所述第二连接状态时所述连接节点的约束个数大于或等于所述初始连接状态时所述连接节点的约束个数。作为一种可选的实施方式，在本专利技术的实施例中，所述第一连接状态为铰接，所述第二连接状态为半刚接或刚接，或者，所述第一连接状态为半刚接，所述第二连接状态为刚接，所述第二连接状态与所述初始连接状态为相同连接状态。作为一种可选的实施方式，在本专利技术的实施例中，在所述计算所述框架结构在初始连接状态下承受的总荷载之后，以及在调整所述第一构件和/或所述第二构件的至少一支座连接状态，使之形成第一连接状态之前，所述方法还包括：根据所述总荷载，分别计算所述第一构件及所述第二构件的内力；其中，所述第一构件的内力大于或等于所述第二构件的内力。作为一种可选的实施方式，在本专利技术的实施例中，所述总荷载为均布荷载和/或集中荷载，所述预载包括与所述总荷载方向一致，但分布不一致的荷载和/或作用。其中，所述预载包括分布荷载、集中荷载、堆载、挂载、压力、拉力、张拉、对压、对拉、支座位移、温度作用等等。作为一种可选的实施方式，在本专利技术的实施例中，所述框架结构包括多个第一构件及多个第二构件；所述框架结构为单层框架结构时，所述框架结构的各个连接节点之间的第一连接状态相同或不同，所述框架结构的各个连接节点之间的第二连接状态相同或不同，或，所述框架结构为多层框架结构时，每一层框架结构的各个连接节点之间的第一连接状态相同或不同，每一层框架结构的各个连接节点之间的第二连接状态相同或不同。作为一种可选的实施方式，在本专利技术的实施例中，所述多层框架结构包括高层框架结构或超高层框架结构。作为一种可选的实施方式，在本专利技术的实施例中，所述框架结构为梁柱结构、墙梁结构或墙板结构。其中，所述框架结构为包括直柱直梁、斜柱斜梁、墙及斜墙、板及斜板等。与传统计算方法相比，本专利技术实施例具有以下有益效果：本专利技术实施例提出了框架结构的加载及预内力计算方法，通过将框架结构的连接节点的状态分不同阶段生成，同时在框架结构的连接节点处于不同的连接状态时，将其需承受的总荷载根据不同的连接状态分阶段进行施加，并同时施以预内力措施(根据不同连接状态施以预载以及卸除预载)，尽管最终框架结构依然承受的是总荷载，但是，在这两个不同连接状态过程中，由于荷载的分状态施加，以及预载的施加和卸除，使得框架结构构件的两端与中部位置的弯矩幅差有效减少，从而使得弯矩更加均化。因此，采用本专利技术的联合方法，能够有效消减均化框架结构的内力，更能充分发挥框架结构自身的结构特性，从而不仅无需增大框架结构构件的截面，减少构件材料的使用，节约材料成本，而且还可以避免误判框架结构的结构可行性的情况发生。此外，采用本专利技术实施例的框架结构的加载及预内力计算方法，因其受力分布更加均化，因此，无需因受力集中位置的截面不足而增大构件截面，从而有利于节省材料，减轻自重及减小地震作用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的框架结构的预内力方法的流程图；图2是传统梁柱铰接受荷载作用的弯矩图；图3是传统梁柱刚接受荷载作用的弯矩图；图4是本专利技术案例一的四层框架结构在第一荷载作用下的弯矩图；图5是本专利技术案例一的四层框架结构在预载作用下的弯矩图；图6是本专利技术案例一的四层框架结构在卸载作用下的弯矩图；图7是本专利技术案例一的四层框架结构在第二荷载作用下的弯矩图；图8是图4和图7叠加的弯矩图；图9是图5和图6叠加的弯矩图；图10是图8和图9叠加的弯矩图；图11是本专利技术案例二的二层框架在第一荷载作用下的弯矩图；图12是本专利技术案例二的二层框架结构在预载作用下的弯矩图；图13是本专利技术案例二的二层框架结构在卸载作用下的弯矩图；图14是本专利技术案例二的二层框架结构在第二荷载作用下的弯矩图；图15是图11和图14叠加的弯矩图；图16是图12和图13叠加的弯矩图；图17是图15和图16叠加的弯矩图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种框架结构的加载及预内力计算方法，其特征在于，所述框架结构包括第一构件及与所述第一构件连接的第二构件，所述方法包括：/n计算所述框架结构在初始连接状态下承受的总荷载；/n调整所述第一构件与所述第二构件的连接节点的状态，使其由所述初始连接状态调整至第一连接状态，在所述第一构件及所述第二构件上施加第一荷载以及预载；/n调整所述第一构件与所述第二构件的连接节点的状态，使其由所述第一连接状态调整至第二连接状态，卸除所述预载，以及在所述第一构件及所述第二构件上施加第二荷载；/n基于所述第一荷载及所述预载，分别计算所述第一构件及所述第二构件在所述第一连接状态下的内力，以及基于卸除预载及施加的所述第二荷载，分别计算所述第一构件及所述第二构件在所述第二连接状态下的内力，叠加各所述内力，得到目标内力；/n其中，所述第一荷载为所述总荷载的部分荷载，所述第二荷载为所述总荷载除去所述第一荷载的剩余荷载；所述初始连接状态时所述连接节点的约束个数大于所述第一连接状态时所述连接节点的约束个数，所述第二连接状态时所述连接节点的约束个数大于或等于所述初始连接状态时所述连接节点的约束个数。/n

【技术特征摘要】
1.一种框架结构的加载及预内力计算方法，其特征在于，所述框架结构包括第一构件及与所述第一构件连接的第二构件，所述方法包括：
计算所述框架结构在初始连接状态下承受的总荷载；
调整所述第一构件与所述第二构件的连接节点的状态，使其由所述初始连接状态调整至第一连接状态，在所述第一构件及所述第二构件上施加第一荷载以及预载；
调整所述第一构件与所述第二构件的连接节点的状态，使其由所述第一连接状态调整至第二连接状态，卸除所述预载，以及在所述第一构件及所述第二构件上施加第二荷载；
基于所述第一荷载及所述预载，分别计算所述第一构件及所述第二构件在所述第一连接状态下的内力，以及基于卸除预载及施加的所述第二荷载，分别计算所述第一构件及所述第二构件在所述第二连接状态下的内力，叠加各所述内力，得到目标内力；
其中，所述第一荷载为所述总荷载的部分荷载，所述第二荷载为所述总荷载除去所述第一荷载的剩余荷载；所述初始连接状态时所述连接节点的约束个数大于所述第一连接状态时所述连接节点的约束个数，所述第二连接状态时所述连接节点的约束个数大于或等于所述初始连接状态时所述连接节点的约束个数。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一连接状态为铰接，所述第二连接状态为半刚接或刚接，或者，所述第一连接状态为半刚接，所述第二连接状态为刚接，所述第二连接状态与所述初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭满良，
申请(专利权)人：深圳市建筑设计研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44