基于三维钢结构塑性性能设计方法

基于“塑性铰”原理浅谈提高如何钢框架节点的延性摘要：钢结构框架是一种较为常见的结构形式，如何使得节点的抗震标准满足延性，达到“强节点，弱构件”的抗震原则，成为了一个研究的方向。

其中节点的“塑性铰”外移是可以有效达到强节点的效果的一个有效方法。

“强柱弱梁”，“强剪弱弯”的设计原则也是为了保证梁柱节点不被破坏而采取的措施。

除了上述的这些基本构造之外，学者们还研究了其他的构造措施来达到“塑性铰外移”的效果。

本文通过对钢框架节点其他一些构造做法的进行分析，根据对前者的研究成果，对于如何使得“塑性铰”外移进行阐述。

关键词：钢框架节点；塑性铰；节点构造；有限元分析0 引言钢结构轻质高强，材料质地分布均匀等优势，在工程实例中被广泛应用，而钢结构框架本身的材料特性使得框架节点具备良好的延性，并且可以通过不同的构造措施使得节点可以达到“塑性铰”外移的效果。

从美国北岭和日本阪神地震的房屋倒塌情况可以显示，大量的地震破坏都发生在梁柱节点上，如何避免梁柱节点发生脆性破坏，使得整个构件乃至结构体系具备良好的抗震性能这个问题有了显著的研究意义。

目前研究的成果显示；一方面可以从钢结构材料本身入手；增强钢材冶炼工艺，去除杂质使得钢材质地强度分布更加均匀，或者在钢材焊接技术上增进，减少焊接缺陷等。

由于现在钢结构的冶炼和焊接技术已经愈发成熟，仅从材料本身出发，对于塑性铰外移所产生的的影响比较有限。

另一方面，学者通过对于节点构造的改变，可以显著改善节点的延性，本文所探讨的就是这一领域的构造相关问题。

1塑性铰塑性铰就是认为一个结构构件在受力时出现某一点相对面的纤维屈服但未破坏，则认为此点为一塑性铰，这样一个构件就变成了两个构件加一个塑性铰,塑性铰两边的构件都能做微转动。

就减少了一个约束。

塑性铰也具备它的特殊性，普通铰是不承担弯矩的，而塑性铰的形成一方面可以形成梁柱端沿着弯矩方向进行相对滑动。

另一方面塑性铰也可以承担一定程度的弯矩。

而塑性铰的转动性能受到了纵筋配筋率，混凝土强度，钢筋种类等因素影响。

塑性设计方法在钢结构工程中的应用随着现代建筑技术的不断发展，塑性设计方法在钢结构工程中的应用日益广泛。

塑性设计方法是一种基于材料的塑性变形性能来设计结构的方法，与传统的弹性设计方法相比，塑性设计方法具有更高的安全性和经济性。

本文将从塑性设计方法的原理、应用案例以及存在的问题等方面进行探讨。

一、塑性设计方法的原理塑性设计方法是建立在塑性力学理论基础上的，通过研究材料在塑性变形时的应力-应变关系，确定结构的承载力，并进行设计。

传统的弹性设计方法是以结构的弹性极限为设计准则，即结构在承受设计荷载时，弹性变形不超过弹性极限。

然而，在某些情况下，结构的弹性极限往往无法满足实际需求，因此需要采用塑性设计方法。

塑性设计方法主要包括弹塑性分析、极限状态设计和变形控制设计三个阶段。

首先进行弹塑性分析，确定结构的弹塑性行为；然后根据结构和材料的安全要求，采用极限状态设计法进行设计；最后，通过变形控制设计来保证结构在使用阶段的变形满足要求。

二、塑性设计方法在钢结构工程中的应用案例塑性设计方法在钢结构工程中有着广泛的应用。

以高层建筑为例，传统的弹性设计方法在面对大跨度、高层次的建筑结构时往往存在局限，无法满足结构的安全性和经济性要求。

而采用塑性设计方法，可以充分利用钢材的塑性变形能力，合理减小结构的材料使用量，提高结构的承载能力和抗震性能。

此外，塑性设计方法还广泛应用于桥梁工程中。

在桥梁设计中，考虑到车辆和行人对桥梁的动载荷作用，结构需要具有足够的承载能力和良好的变形控制性能。

塑性设计方法可以通过合理的剪力连接和侧向刚度设计，有效提高桥梁的整体稳定性和变形控制性能。

三、塑性设计方法存在的问题尽管塑性设计方法在钢结构工程中具有诸多优势，但也存在一些问题。

首先，塑性设计方法的应用需要有一定的专业知识和经验，对工程师的要求较高。

其次，塑性设计方法对结构材料的性能要求也较高，需要材料具有良好的塑性变形能力和抗裂性能。

此外，塑性设计方法在进行结构变形控制设计时，需要综合考虑结构的承载能力、安全性和经济性，设计过程相对复杂。

钢结构塑性设计与钢材的应变硬化性能*梁远森 徐建设 王 步(同济大学建筑工程系 上海 200092)李 峰(中国通信建设第四工程局 郑州 450052)摘 要:从钢结构塑性设计基本原理入手,分析了塑性设计中引入材料理想弹塑性假定的实质。

以此为基础,首先从理论上解释了没有应变硬化性能的材料不能用于结构塑性设计的原因,然后又用试验数据说明了应变硬化性能过弱的材料也不能用于塑性设计。

提出了钢结构塑性设计的用材要求。

关键词:钢结构 塑性设计 极限分析 应变硬化性能PLASTIC DESIGN OF STEEL STRUCTURE AND STR AIN HARDENING PERFORMANC E OF STEELLi ang Yuansen Xu Jianshe Wang Bu(Department of Struc tural and Building Engineering,Tongji Universi ty Shanghai 200092)Li Feng(The Forth Engineeri ng Bureau for the Communication Construction of China Zhengzhou 450052)Abstract :On the pri mary principles of the plas tic design of a steel structure,the real purpose of adopti ng the hypothesis that the materialused in the plastic design being of ideal elastic -plastic property i s revealed in thi s paper.Furthermore,the reason that why the material without any s train hardening performance cannot be us ed in plas tic desi gn is explai ned.Then,a tes t data s hows that the material with over -weak performance on strain hardening is not fit to plas tic design,either.At las t,a way of selecting proper sorts of steel for the plastic desi gn of a s teel s tructure is suggested here.Keywords :s teel s tructure plastic desi gn ultimate -l oad s analysis s train hardening performance*郑州市科委科研攻关项目资助。

最新钢结构性能设计的设计全流程及案例分享（下篇）文章作者：刘孝国褚凤根本文将结合新钢标要求，对性能设计的流程进行全面梳理，帮助大家在PKPM软件辅助下掌握如何更加便捷的进行钢结构性能设计。

上篇：最新钢结构性能设计的设计全流程及案例分享（上篇）2.5 确定构件的宽厚比等级根据结构的抗震设防类别及确定的性能等级，确定出对应结构构件的延性等级，按照钢标17.3.4确定对应的板件宽厚比等级，并在SATWE软件中选择“梁、柱及支撑构件的宽厚比等级”，如图10所示。

2.6 小震模型与新钢标中震模型的计算及包络对于按照性能设计的结构，SATWE程序在“多模型控制信息”下会自动形成如图16所示“小震模型”和“新钢标中震模型”两个模型，分别进行小震与中震下的内力分析与承载力计算，最终将包络结果展示在主模型中。

查看主模型计算结果，可以看到在主模型下包络了小震与中震模型的强度应力比、稳定应力比、长细比、宽厚比、轴压比及实际性能系数等结果。

软件输出的结果分别如图17、图18所示，如果各项指标有超限，在程序中会标红提示，如图19所示的塑性耗能梁实际性能系数小于指定的最小的性能系数，不满足要求程序显红。

图16 多模型控制信息表图17 包络输出主模型下的强度、稳定应力比结果图18 主模型下包络的宽厚比、高厚比及限值图19 主模型下显示的塑性耗能构件实际性能系数2.7 中震下构件承载力验算对于按照性能设计的结构，SATWE程序对于自动形成的中震模型进行中震下地震作用分析，同时按照钢标进行相关的构件验算及对应的构造控制。

中震下构件承载力验算时承载力标准值应进行计入性能系数的内力组合效应验算，按照图20所示即新钢标17.2.3条公式进行验算。

其中Ωi为钢结构构件的性能系数，注意：不是最小的性能系数，该系数需要考虑βe，Ωi=βe*Ωmin。

图20 中震下构件承载力验算公式对于梁、柱及支撑构件均按照新钢标的要求进行中震下承载力验算，同时按照指定的宽厚比等级及延性等级分别进行中震下构件的宽厚比、高厚比及长细比限值等构造措施的控制，同时图21展示了不同的板件宽厚比等级下对应钢构件梁、柱的宽厚比、高厚比限值。

第20卷　第4期太原重型机械学院学报Vol.20　№4 1999年12月J OURNAL OF TAIYUAN HEAV Y MACHIN ER Y INSTITU TE Dec.1999文章编号:1000-159X(1999)04-0283-05金属塑性成形的三维刚塑性有限元模拟技术研究刘建生,　王立元,　原向阳(太原重型机械学院机械工程系,太原030024) 摘　要:　本文对三维刚塑性有限元模拟理论及有关技术问题进行了系统的研究,针对模拟过程中的模具型腔曲面几何描述,动态接触边界处理等关键技术提出了有效的算法,开发了相应的三维模拟软件。

并以球冲头压缩方坯和曲轴成形为例进行了模拟,计算结果表明所提出的算法和软件系统是可行的。

关键词:　金属塑性成形;　三维刚塑性有限元;　数值模拟中图分类号:　TG302 文献标识码:A金属塑性成形中,具有三维变形特征的工艺较多,尤其是锻造、挤压和轧制等体积成形工艺更是如此。

而且随着塑性成形技术的发展,制件的形状也越来越复杂。

因此,实现金属塑性成形过程的三维数值模拟受到人们的极大关注。

三维刚塑性有限元模拟理论的研究可以追溯到八十年代初J.J.Park和S.K obayashi所做的工作[1]。

由于当时计算机技术及有限元模拟中的一些共性技术的制约,还很难实现塑性成形工艺的三维模拟。

1983年,孙捷先和S.K obayashi首先提出简化三维刚塑性有限元法,并模拟分析了楔形体的平砧压缩[2],随后孙捷先等人又采用该方法模拟分析了大型钢锭芯部缺陷的压实效果[3]。

简化三维有限元法可用以分析某些轧制和平砧锻造问题,实践表明模拟结果和精度尚可满足要求。

然而,由于其对未知数个数做了简化,因此严格来讲并不是真三维模拟。

近年来,随着塑性有限元理论和计算机技术的飞速发展,三维有限元技术在金属塑性成形过程模拟中的应用取得了很大进步[4,5]。

但是,实现这一进程还面临着不少问题,尤其是三维模拟中的一些关键技术的解决,如三维模具型腔几何信息描述,有效统一的动态接触边界处理技术和网络重分等等。

钢结构的建筑可塑性与变形能力研究方法探索钢结构是现代建筑中常见的构造系统之一，其具有较高的可塑性和变形能力，能够在地震或其他外力作用下保持相对稳定的结构。

为了更好地理解和研究钢结构的可塑性与变形能力，本文将探讨一些研究方法和技术。

1. 研究方法概述研究钢结构的可塑性和变形能力需要综合运用实验测试、数值模拟和理论分析等方法。

实验测试可以通过构件试验、大型结构模型试验等手段，获取结构在加载过程中的变形特性和破坏机制。

数值模拟则可以通过建立数学模型，使用有限元等方法，模拟结构在外力作用下的变形情况。

理论分析可以基于力学原理和材料特性，对结构的性能进行预测与评估。

2. 实验测试方法在研究钢结构的可塑性与变形能力时，实验测试是非常重要的手段之一。

构件试验可以采用拉伸试验、压缩试验等方式，研究构件在不同荷载下的变形规律和破坏机制。

大型结构模型试验则可以在更真实的工程背景下，模拟结构在地震等极端情况下的变形与破坏行为。

3. 数值模拟方法数值模拟是钢结构研究中常用的方法之一，其可以通过建立数学模型，在计算机上进行仿真分析。

有限元法是常用的数值方法之一，通过将结构划分为多个小单元，模拟结构的应力、位移等参数。

通过修改材料特性和加载条件，可以预测不同情况下钢结构的变形性能。

此外，也可以使用其他数值方法，如边界元法、离散元法等，以从不同角度对钢结构进行研究与分析。

4. 理论分析方法理论分析方法是研究钢结构可塑性与变形能力的重要手段，它基于结构力学原理和材料力学性质，对结构进行预测与评估。

通过建立数学模型，运用力学公式和方程，可以估计结构的变形情况、抗震性能等。

此外，根据材料的本构关系，进行应力、应变的分析，可以揭示结构的变形机制和本质特性。

5. 综合应用在研究中，通常需要综合运用实验测试、数值模拟和理论分析等方法，以全面了解钢结构的可塑性与变形能力。

实验测试可以验证数值模拟的准确性，并提供真实的变形数据；数值模拟可以模拟更复杂的加载条件和结构行为；理论分析可以揭示结构的基本特性和变形机制。

第11卷第4期1999年8月 钢铁研究学报JOU RNAL O F I RON AND ST EEL R ESEA RCHV o l .11,N o.4　A ug .19993“九五”国家计委科技攻关项目　卜勇力,男,28岁,博士; 收稿日期:1998206222;修订日期:1999204213H 型钢轧制过程三维弹塑性大变形有限元模拟3卜勇力 刘　才 赵文才 崔振山 程存江燕山大学轧机研究所　秦皇岛　066004摘　要:针对轧制H 型钢过程中易出现产品缺陷等问题,应用有限元软件(M A RC )的二次开发技术建立了H 型钢的轧制模型,模拟了轧制过程。

给出了H 型钢的腹板、翼缘及其交界区3点在轧制过程中的应力及金属流动变化情况。

结果表明,轧件出口后轧制断面上轧制方向的残余应力是造成H 型钢腹板屈曲及其他缺陷的主要原因。

关键词:H 型钢,轧制,弹塑性有限元,应力中图分类号:T G 335Si m ulation of Rolli ng for H Beam by 3-D i m en sionElastic -Plastic F i n ite Elem en tB u Y ong li L iu Ca i Z hao W enca i Cu i Z henshan Cheng Cunj iangYanshan U niversity Q inhuangdao 066004ABSTRACT :Ro lling model of H beam w as established th rough develop ing M A RC .T he ro lling p rocess w as si m ulated to so lve the defect p roblem fo r H beam .T he stresses and m etal flow s in ro lling p rocess at th ree po ints ,the w eb center ,flange center and their intersecti on of H beam w ere given .T he result show s that after exiting bite po int ,H beam has a longitudinal stress w h ich m akes w eb curve and o ther p roblem s .KEY WOR D S :H beam ,ro lling ,elastic 2p lastic finite elem ent ,stress 近年来,市场要求H 型钢产品尽量提高断面效率,促使H 型钢向超轻型薄壁化发展。

第10章钢结构的塑性设计和抗震设计§10-1 塑性设计的基本概念钢材具有良好的延性，在保证结构构件不丧失局部稳定和侧向稳定的情况下，可以在超静定结构中的若干部位形成具有充分转动能力的塑性铰，引起结构内力的重分配（redistribution of internal forces ），从而发挥结构各部分的潜能。

这种以整个结构的极限承载力作为结构极限状态的塑性设计（plastic design ）方法具有如下的优点：（1）与通常的弹性设计方法相比，可以节约钢材（10％～15％）和降低造价； （2）对整个结构的安全度有更直观的估计。

通常的弹性设计方法在弹性范围内可以给出精确的内力和位移，但给不出整个结构的极限承载能力； （3）对连续梁和低层框架的内力分析较弹性方法简便。

1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性设计的建筑物，随后英、加、美等国均在本国建立了塑性设计的工程。

英国在1948年第一个把塑性设计方法引进了BSS499规范。

随后，以英国和美国为中心，迅速地普及塑性设计。

现已公认，塑性设计简单、合理，而且可以节约钢材，所以英国和荷兰的低层建筑几乎全部采用塑性设计，美国和加拿大的大部分低层建筑也应用塑性设计。

我国1988年的《钢结构设计规范》（GBJ17-88）开始列入塑性设计，新修订的GB50017规范又进行了局部修改。

10.1.1 简单塑性分析方法一、塑性铰的性质本书§4-2和§7-2节分别介绍了受弯构件和压弯构件全截面屈服的条件，当其截面满足了屈服条件时，就认为在该截面形成了塑性铰。

实际的塑性铰附近截面均发展了一定的塑性（见图10.1.1a ），形成了一个塑性区域。

为了简化计算，认为塑性区仅集中在塑性铰截面，杆件的其它部分都保持弹性。

(a) (b)图10.1.1 塑性铰及其性质由图10.1.1b 可见，当在外荷载作用下，杆件的某一截面达到塑性弯矩M p 以后，该截面除可以传递该弯矩外，在力矩作用方向上允许有任意大小的转动，但不能传递大于M p 的弯矩。

钢结构设计中的弹塑性分析与实例研究一、弹塑性分析的概念和意义弹塑性是一种理论分析方法，基于材料的力学性质和物理特性，从宏观角度考虑材料的弹塑性行为，在设计结构时应用的强度设计方法。

弹塑性分析可以用于钢结构设计中，主要应用于研究结构的稳定性和承载能力，以及分析结构在承受荷载时的变形和应力分布情况。

在结构设计中，弹性分析只能适用于弹性阶段，无法考虑到结构在超过弹性阶段时的变形和破坏情况。

因此，在遇到变形较大或荷载较大的结构时，弹性分析方法往往不够准确，需要借助弹塑性分析方法。

弹塑性分析方法也可以用于结构安全评估和重构设计中。

二、钢结构设计中的弹塑性分析方法在进行钢结构设计中的弹塑性分析时，需要先确定结构和荷载的边界条件和约束条件，并制定有效的力学模型。

钢结构的强度破坏比较复杂，因此一般采用能量法来进行分析。

能量方法的主要思想是，在结构的弹性和塑性阶段中，通过实现结构内部能量的平衡来分析结构的承载能力。

在进行弹塑性分析时，需要考虑以下因素：1.材料的力学特性，包括弹性模量、屈服强度、极限强度等。

2.材料的应力-应变曲线，以及材料在超过屈服强度时的应力-应变曲线。

3.结构的截面形状和截面面积。

4.材料破坏之前的变形能力和变形特点。

5.荷载在结构上的分布和作用方式，以及荷载的大小。

在进行弹塑性分析时，可以采用平衡法，即根据平衡条件来建立结构的方程，然后逐步增加荷载，计算结构的应力和应变。

如果结构发生变形或产生裂缝，则需要进一步考虑塑性形变的影响，再进行一次力学计算。

重复以上步骤，直到满足结构的强度和稳定性要求为止。

三、钢结构设计中的弹塑性分析实例对于一座高层钢结构建筑，需要进行弹塑性分析来评估其承载能力和稳定性。

该建筑的主体结构部分采用钢筋混凝土框架结构，顶部采用钢桁架悬挑式结构，所使用的钢材为Q345B，其屈服强度为345MPa，极限强度为470MPa。

首先，对建筑主体结构进行弹性分析，并确定其基本弯曲挠度和初始静力系数。

可编辑修改精选全文完整版第三章作业钢结构塑性设计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）答：1、概念如果不考结构分析中钢材应变硬化，钢结构在承受荷载时，随着荷载的增大，构件的内力不断增大，当构件的某个界面达到极限弯矩，使得构件某一区域截面完全屈服，能够承受一定的弯矩并能够有限转动，该区域便成为塑性铰。

塑性铰不是集中在一点，而是形成一小段局部变形很大的区域；塑性铰为单向铰，仅能沿弯矩作用方向产生一定限度的转动，而理想铰不能承受弯矩；塑性铰能承受一定的弯矩，但转动能力以及长度受到荷载、边界条件和截面几何等限制。

塑性铰及其性质2、假设简单塑性分析（simple plastic analysis）也称为极限分析（limit analysis），其基本假设如下：（1）结构构件以弯曲为主，且钢材是理想的弹塑性体，不考虑钢材的强化效应；（2）所有的荷载均按同一比例增加，即满足简单加载条件；（3）假设结构平面外有足够的侧向支撑，构件的组成板件满足构造要求，能够保证结构中塑性铰的形成及充分的转动能力，直到结构形成机构之前，不会发生侧扭屈曲，板件不会发生局部屈曲。

（4）采用一阶分析方法，不考虑二阶效应。

分析时假设变形均集中于塑性铰，塑性铰间的杆件保持刚性；（5）继续加荷载时，先出现塑性铰的截面所承受的弯矩维持不变，产生转动，没有出现塑性铰的截面所承受的弯矩继续增加，直到结构几何可变。

3、适用情形：我国规范规定塑性设计适用于不直接承受动力荷载的固端梁、连续梁以及由实腹构件组成的单层和两层框架结构。

考虑到只采用简单的塑性理论进行分析，所以规定塑性设计只适用于形成破坏机构过程中能产生内力重分配的超静定梁和超静定实腹框架。

由于变截面构件的塑性铰位置很难确定，目前的塑性设计仅适用于等直截面梁和等截面框架结构。

结构静力弹塑性分析的原理和计算实例一、本文概述结构静力弹塑性分析是一种重要的工程分析方法，用于评估结构在静力作用下的弹塑性行为。

该方法结合了弹性力学、塑性力学和有限元分析技术，能够有效地预测结构在静力加载过程中的变形、应力分布以及破坏模式。

本文将对结构静力弹塑性分析的基本原理进行详细介绍，并通过计算实例来展示其在实际工程中的应用。

通过本文的阅读，读者可以深入了解结构静力弹塑性分析的基本概念、分析流程和方法，掌握其在工程实践中的应用技巧，为解决实际工程问题提供有力支持。

二、弹塑性理论基础弹塑性分析是结构力学的一个重要分支，它主要关注材料在受力过程中同时发生弹性变形和塑性变形的情况。

在弹塑性分析中，材料的应力-应变关系不再是线性的，而是呈现出非线性特性。

当材料受到的应力超过其弹性极限时，材料将发生塑性变形，这种变形在卸载后不能完全恢复，从而导致结构的永久变形。

弹塑性分析的理论基础主要包括塑性力学、塑性理论和弹塑性本构关系。

塑性力学主要研究塑性变形的产生、发展和终止的规律，它涉及到塑性流动、塑性硬化和塑性屈服等概念。

塑性理论则通过引入屈服函数、硬化法则和流动法则等，描述了材料在塑性变形过程中的应力-应变关系。

弹塑性本构关系则综合考虑了材料的弹性和塑性变形行为，建立了应力、应变和应变率之间的关系。

在结构静力弹塑性分析中，通常需要先确定材料的弹塑性本构模型，然后结合结构的边界条件和受力情况，建立结构的弹塑性平衡方程。

通过求解这个平衡方程，可以得到结构在静力作用下的弹塑性变形和应力分布。

弹塑性分析在结构工程中有着广泛的应用，特别是在评估结构的承载能力、变形性能和抗震性能等方面。

通过弹塑性分析，可以更加准确地预测结构在极端荷载作用下的响应，为结构设计和加固提供科学依据。

以上即为弹塑性理论基础的主要内容，它为我们提供了分析结构在弹塑性阶段行为的理论框架和工具。

在接下来的计算实例中，我们将具体展示如何应用这些理论和方法进行结构静力弹塑性分析。

第10章钢结构的塑性设计和抗震设计§10-1 塑性设计的基本概念钢材具有良好的延性，在保证结构构件不丧失局部稳定和侧向稳定的情况下，可以在超静定结构中的若干部位形成具有充分转动能力的塑性铰，引起结构内力的重分配（redistribution of internal forces ），从而发挥结构各部分的潜能。

这种以整个结构的极限承载力作为结构极限状态的塑性设计（plastic design ）方法具有如下的优点：（1）与通常的弹性设计方法相比，可以节约钢材（10％～15％）和降低造价； （2）对整个结构的安全度有更直观的估计。

通常的弹性设计方法在弹性范围内可以给出精确的内力和位移，但给不出整个结构的极限承载能力； （3）对连续梁和低层框架的内力分析较弹性方法简便。

1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性设计的建筑物，随后英、加、美等国均在本国建立了塑性设计的工程。

英国在1948年第一个把塑性设计方法引进了BSS499规范。

随后，以英国和美国为中心，迅速地普及塑性设计。

现已公认，塑性设计简单、合理，而且可以节约钢材，所以英国和荷兰的低层建筑几乎全部采用塑性设计，美国和加拿大的大部分低层建筑也应用塑性设计。

我国1988年的《钢结构设计规范》（GBJ17-88）开始列入塑性设计，新修订的GB50017规范又进行了局部修改。

10.1.1 简单塑性分析方法一、塑性铰的性质本书§4-2和§7-2节分别介绍了受弯构件和压弯构件全截面屈服的条件，当其截面满足了屈服条件时，就认为在该截面形成了塑性铰。

实际的塑性铰附近截面均发展了一定的塑性（见图10.1.1a ），形成了一个塑性区域。

为了简化计算，认为塑性区仅集中在塑性铰截面，杆件的其它部分都保持弹性。

(a) (b)图10.1.1 塑性铰及其性质由图10.1.1b 可见，当在外荷载作用下，杆件的某一截面达到塑性弯矩M p 以后，该截面除可以传递该弯矩外，在力矩作用方向上允许有任意大小的转动，但不能传递大于M p 的弯矩。

钢结构的塑性设计钢结构是一种广泛应用于建筑、桥梁和其他工程领域的结构形式。

在设计和施工阶段，塑性设计是一个重要的考虑因素，它能够提高结构的耐力和韧性，使其在发生超载或地震等极端情况下具备可靠的性能。

本文将探讨钢结构的塑性设计原理和相关技术，并重点介绍其在建筑领域中的应用。

1. 塑性设计的原理塑性设计的核心原理是通过合理利用材料的塑性变形能力，使结构在超过弹性限度后仍能继续进行塑性变形，从而增加结构的耐力和韧性。

塑性设计通过以下几个方面来实现：1.1 弹性阶段设计在结构设计的初期，通过合理选取钢材的弹性模量和截面尺寸，使结构在正常工作荷载下可以保持弹性阶段，以确保结构的正常变形性能和刚度。

1.2 塑性形变控制钢结构发生超载时，通过引导和控制塑性变形的形式和位置，使结构能够在适当的位置产生塑性变形，从而减小结构的刚度降低和剪力增大。

1.3 轴力-弯矩耦合效应考虑结构中轴力对弯矩分布的影响，通过设计合适的截面形状和尺寸，使结构在受力时能够形成有利的轴力-弯矩耦合效应，提高结构的承载力和韧性。

2. 钢结构塑性设计的方法在钢结构的设计过程中，塑性设计主要包括强度折减设计和性能设计两种方法。

2.1 强度折减设计强度折减设计是一种传统的塑性设计方法，它通过在正常工作荷载下采用较小的设计参数（如截面尺寸、材料强度等），以防止结构在极限荷载下发生脆性破坏。

该方法的优点是简单易行，但存在结构刚度较大、变形较小的问题。

2.2 性能设计性能设计是一种相对较新的塑性设计方法，它通过在结构设计过程中考虑结构在超载情况下的整体性能，包括强度、刚度和变形等方面的要求。

性能设计主要包括强度性能设计和位移性能设计两个方面。

强度性能设计通过合理选择截面尺寸、钢材特性和连接方式，使结构能够在发生极限荷载时保持足够的强度和韧性，以满足结构在抗震、抗风等极端情况下的安全性能要求。

位移性能设计则通过合理控制结构的刚度和变形能力，使结构能够在超载情况下发生预期的塑性变形，从而减小结构和周围环境的损伤程度。

钢框架结构基于能量的塑性设计方法胡淑军;王湛【摘要】以“强柱弱梁”的屈服机理为前提，结合建筑抗震设计规范和能量平衡原理得到结构的基底剪力和各楼层的剪力，提出钢框架结构基于能量的塑性设计方法。

该方法还需预先确定结构在罕遇地震下的目标位移和耗能折减系数η，并通过塑性设计法对各构件进行设计。

利用Perform-3D软件对所设计结构进行非线性动力时程分析。

研究结果表明：该方法可设计不同抗震设防烈度下的钢框架结构，且无需进行复杂的计算和迭代，就能使结构满足多遇及罕遇地震下的预定功能。

%The energy-based plastic design method of steel frame structures was proposed based on the‘strong column weak beam’ energy dissipation and yield mechanism under the inelastic seismic behaviors. The base shear and lateral force distribution were derived from modified energy balance equation and the code for seismic design of buildings. Moreover, the pre-selected target drift and the reduced energy dissipation coefficient η were also important to the proposed method, and all the elements were obtained by plastic design method. Nonlinear dynamic time-history analysis was carried out by Perform-3D. The results show that the frames with different seismic precautionary intensities designed by the proposed method can exhibit expected functions during frequent and rare earthquake without complicated iteration and calculation.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(047)007【总页数】9页(P2476-2484)【关键词】钢框架;能量平衡;塑性设计;屈服机理;耗能折减系数【作者】胡淑军;王湛【作者单位】南昌大学建筑工程学院，江西南昌，330031;华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州，510640【正文语种】中文【中图分类】TU393.2;TU973对于普通钢框架结构，传统的设计方法首先根据基底剪力法等方法确定结构的基底剪力及各楼层剪力，由此确定各构件的内力和截面[1]。

钢结构的塑性设计和抗震设计§ 10-1 塑性设计的基本概念钢材具有良好的延性，在保证结构构件不丧失局部稳定和侧向稳定的情况下，可以在超静 定结构中的若干部位形成具有充分转动能力的塑性铰，引起结构内力的重分配(redistributi onof internal forces )，从而发挥结构各部分的潜能。

这种以整个结构的极限承载力作为结构极限状态的塑性设计(plastic desig n)方法具有如下的优点：(1)与通常的弹性设计方法相比，可以节约钢材(10%〜15%)和降低造价；(2) 对整个结构的安全度有更直观的估计。

通常的弹性设计方法在弹性范围内可以给出精 确的内力和位移，但给不出整个结构的极限承载能力； (3) 对连续梁和低层框架的内力分析较弹性方法简便。

1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性设计的建筑物，随后英、加、美等国均在本国建立 了塑性设计的工程。

英国在1948年第一个把塑性设计方法引进了 BSS499规范。

随后，以英国和美国为中心，迅速地普及塑性设计。

现已公认，塑性设计简单、合理，而且可以节约钢材， 所以英国和荷兰的低层建筑几乎全部采用塑性设计，美国和加拿大的大部分低层建筑也应用塑 性设计。

我国1988年的《钢结构设计规范》 (GBJ17-88)开始列入塑性设计，新修订的GB50017规范又进行了局部修改。

10.1.1简单塑性分析方法、塑性铰的性质本书§ 4-2和§ 7-2节分别介绍了受弯构件和压弯构件全截面屈服的条件,屈服条件时，就认为在该截面形成了塑性铰。

实际的塑性铰附近截面均发展了一定的塑性(见图10.1.1a ),形成了一个塑性区域。

为了简化计算，认为塑性区仅集中在塑性铰截面，杆件的 ⑻ (b)图10.1.1 塑性铰及其性质由图10.1.1b 可见，当在外荷载作用下，杆件的某一截面达到塑性弯矩 可以传递该弯矩外，在力矩作用方向上允许有任意大小的转动，但不能传递大于 荷载反向作用(或卸载)时，塑性铰恢复弹性，可以传递反方向弯矩，但不能任意转动，只有 当反方向弯矩达到塑性弯矩时，才会形成反向的塑性铰。