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结构二阶设计方法探讨

5月27日香港理工大学的陈绍礼教授在现代集团做了一次学术交流,主要讲了二阶结构设计方法。他们开发了一个软件叫NIDA,可以实现钢结构的二阶结构分析与设计。与常规设计方法相比,二阶设计方法的主要特点是不需考虑构件的长细比。

目前我们采用的设计方法为线性分析,比如荷载计算、反应谱分析,以及荷载组合。所以在设计中,为了考虑构件的稳定性引用了长细比的概念,这是一种近似的计算方法。因为长细比的合理选取比较复杂,大多数情况下都是近似的,通常是偏于保守,偶尔也会偏于不安全。

二阶分析方法则在计算中考虑了P-Δ效应和P-δ效益,也就是考虑了结构的稳定性。所以计算完成后不需要再进行构件设计,不需要引入长细比。这样设计过程就比较简单,相对而言也更准确。但是目前二阶设计方法在操作层面仍然存在一些问题亟待解决。比如:

(1)如何准确考虑构件初始几何缺陷。尺度上可以按照L/300考虑,但是缺陷的形式如何考虑,也是一个很大的问题。搞不好到最后也只能是一个“拍脑袋”,也不比长细比方法好到哪儿去。

(2)既然是二阶非线性计算,那么地震荷载如何考虑。反应谱法似乎就不大合适了,不然一半非线性一半线性,不伦不类。如果用时程分析法,波该如何选用?一组波或几组波都不能保证计算结果的合理性,相对而言没有反应谱法在概率上合理。

(3)荷载组合如何实现。当时问了这个问题,陈教授梯队的一个博士说是荷载叠加而非效应叠加。这样当然是很好的,可问题是荷载怎样叠加?正如李国强教授提出的那样,不同的荷载施加顺序计算结果是不一样的。比如“恒+活+风”,如果按照“恒→活→风”的顺序就是准确的。但是如果把三种荷载叠加起来,然后按照分步加载,那么结果就是不对的(人为的放大了P-Δ效应)。那么问题是,能做到准确的加载设计吗?

总之,二阶设计方法是个好东西,希望尽快在国内得到应用。但是这些现实的问题暂时还没有得到很好解决,希望致力于这方面研究的同仁加快研究步伐。

备注:原文日期2011-6-5

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