半刚性连接空间钢框架二阶非弹性分析：结合有限元与梁柱法的高效建模

本文主要探讨了半刚性连接空间钢框架结构的二阶非弹性分析方法，该方法由南京工业大学的郑廷银、林沂祥和张淦明等人提出。他们结合有限单元法与梁柱法，构建了一个综合考虑几何、材料和半刚性连接效应的分析模型。核心是采用了非线性连续介质力学理论，以及考虑剪切效应的稳定插值函数，以形成严格的三维梁柱单元刚度方程。这个方程涵盖了轴向、剪切、双向弯曲、扭转以及这些效应之间的耦合。 在模型中，通过三维单元简化塑性区模型，研究人员能够模拟塑性扩展的过程，同时利用梁单元两端的抗转弹簧来模拟半刚性连接的力学行为。这种方法旨在提高结构非线性空间性能的分析效率，避免了传统的构件验算步骤，可以直接预测三维结构的极限荷载和失稳模态。 作者们通过数值算例验证了这一方法的可行性、有效性和精确度。他们发现，即使每个构件只使用一个单元，也能得到准确的结果，这对于大型复杂结构的分析具有显著的优势，特别是对于高层钢结构的高等分析方法的建立具有重要意义。该研究为解决结构分析中的非线性问题提供了一种高效且精确的手段，有助于提升建筑设计和工程实践中的结构安全性。 此外，文章指出，尽管塑性区域模型在某些情况下被认为是精确的，但由于其计算量大，对于实际应用中的大型复杂结构来说，实用性受到限制。作者改进了稳定插值函数，考虑了剪切变形的影响，并将其扩展至三维，这在处理复杂结构的非线性分析中是一个重要的突破。 本文的研究成果不仅丰富了空间钢框架结构二阶非弹性分析的方法论，而且为结构工程提供了更高效、更精确的分析工具，对于提升高层建筑钢结构的设计与施工水平具有实际价值。