高等钢结构理论2013 第3章 塑性设计-习题修订

第3章 习题 (2013年版)

请在以下四组问答题中每组选1题回答(必要时须附插图和实例)：

(以下蓝色字体标记修订，首次下载的同学可以不关心；红色字体标记警示，请给予重视) 第一组

3.1a 综述有关塑性铰的概念、假设、适用情形、研究和应用进展。（重点阐述有关钢结构的

内容，可以适当扩展到钢-混凝土组合结构，不要长篇大论有关纯钢筋混凝土结构）

3.1b 综述有关各种改进塑性铰法、各种塑性区方法的研究和应用进展。(参见课件

p.60-63,p.100-109)

3.1c 选择一种或几种有限元分析软件，论述其可用于钢框架结构弹塑性分析或推覆分析的单

元类型，并自选合适的计算模型，施加竖向荷载和水平荷载，进行算例分析，通过Mises应力云图、应变云图、荷载-位移曲线等形式展示计算结果。

3.1d 塑性设计与弹性设计的基本区别？塑性设计有哪些方法、各自的适用范围如何？

第二组

3.2a 为了满足塑性设计的要求，国内外钢结构相关规范EC3, BS5950, GB50017-2003, GB

50017-201X(送审稿)分别如何进行构件截面分类？哪类截面适用于塑性设计？

3.2b 对《钢结构设计规范》(GB50017-201X) (送审稿)有何修改意见和建议？包括理解或应用

方面有哪些不明确或不适当，与其它规范、规程有哪些不协调或不一致。(重点阐述与截面分类、塑性设计有关的部分)

3.2c 国外钢结构相关规范(EC3)如何进行钢梁柱连接节点分类？

3.2d 用有限元分析软件进行四个算例分析，以悬臂梁在自由端作用横向集中力F为例(梁长度

L保持不变)，分别采用S1,S2,S3,S4级H形截面，考虑几何非线性和材料非线性，建立的有限元分析模型、选用的单元和算法要能够同时展示塑性和局部屈曲，进行平衡路经跟踪分析，整理对比四个算例的计算结果，包括无量纲弯矩(M/Mp)-相对位移(Δ/L)曲线、Mu/Mp，其中M=FL为固定端弯矩，Mu为极限弯矩，Mp为截面塑性弯矩，Δ为自由端挠度。对于发生局部屈曲的算例，选择适当的放大比例展示变形状态下的应力云纹图、位移云纹图。

第三组

3.3a 简述弯矩和轴力共同作用下钢梁柱的极限屈服曲线和极限承载力相关曲线的定义、变化

规律、两者的区别。（重点阐述有关钢结构的内容，可以适当扩展到钢-混凝土组合结构，不要长篇大论有关纯钢筋混凝土结构）

3.3b 简述剪力和钢材应力-应变曲线强化对受弯截面的极限抗弯承载力的影响。

3.3c 试用理论推导或有限元分析的方式，计算钢梁在弯矩和剪力联合作用下的塑性极限弯

矩，并通过数值计算结果论述简化分析模型1和模型2存在的问题、简化分析模型3a和模型3b的合理性和不足之处(参见课件p.53-58)。为简化起见，可以高宽比较大的矩形截面

为例，可以跨中作用集中荷载的两端简支梁或满跨作用均布荷载的悬臂梁为例，进行理论推导或有限元分析。

第四组

3.4a 门式刚架、钢框架结构考虑塑性的极限承载力分析有哪几类方法？各有何特点？

3.4b 钢框架结构塑性分析需要考虑哪些初始缺陷？设计中可选用哪些等效方法和修正分析

结果的方法？

3.4c 什么是Merchant-Rankine破坏准则？如何应用Merchant-Rankine破坏准则来修正一阶刚

塑性分析和一阶弹塑性分析结果？

3.4d 试用理论推导或算例验证的方式，论证EC3、GB 50017-201X有关“框架结构整体初始

几何缺陷”“可通过在每层柱顶施加假想水平力等效”方法的合理性，也可以指出有关公式中某些系数的更合理取值，或提出更好的等效方式、等效公式。(参见课件p.141-148)

3.4d 用有限元分析软件对单跨2层和4层平面框架结构分别进行塑性分析、弹塑性分析，分别

不考虑、考虑2阶效应，整理计算结果要求不亚于课件示例。(参见课件“3.3.7 框架结构塑性分析算例”)

注1、鼓励多读多用课外文献：引用讲义之外的文献资料可得更高分；

注2、鼓励跟踪科研前沿：引用并列出2012和2013年参考文献有附加分；

注3、鼓励综合运用多学科知识技能，用算例佐证有关规律或准则：增加自己完成的完整算例，

含有限元建模(定位尺寸、截面、钢材特性和荷载等)和分析结果(变形图、荷载-位移曲线等)，并通过小结、对比等方式来规律佐证有关规律或准则，做到“有数据、有插图、有真相”，可获得鼓励加分；

注4、鼓励原创：插入亲自绘制的插图或拍摄的工程照片，并且在图名后注明原创，可获得鼓

励加分；

注5、鼓励纠错：发现以往文献、讲义中的文字、符号、公式、插图等的错误并加以纠正，注

明纠错（标注原错误之处、改正之处），可获得鼓励加分；

注6、不符合选题要求要扣分；

注7、少数同学以往选题、答题时，选答不同的题目，前后重复了相同的段落文字、相同的插

图，提醒同学们今年不要再出现的类似情况；

注8、特别提醒，前年、去年发现有些同学选答早年题目，存在两种可能性: (1) 最后一次讲

课布置作业时特别强调不要答错题，可能因缺课不知情还是答错；(2) 有拷贝往年同学作业的嫌疑。

要求每人独立完成；第3章的作业与第4章的作业一起交，11月30日之前提交A4

打印版、书写版、电子版之一；

作业封面标明学号、姓名；尽量减轻老师修改文件名、查找学号、对号入座的

工作量，Email标题和附件名称请按以下格式：

13#####姓名-3,4章作业.doc (或*.pdf,多个文件请打包*.rar)

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