تحلیل پایداری ناخطی قاب‌های فولادی ساده نامنشوری با تکیه‌گاه‌های کشسان و پیوند نیمه‌سخت

در این مقاله به تحلیل پایداری خطی و ناخطی یک قاب فولادی ساده دو عضوی با پیوند نیمه‌سخت و تکیه‌گاه‌های کشسان دورانی و انتقالی پرداخته می‌شود. تیر سازه، منشوری می‌باشد. با وجود این، ستون قاب، دارای مقطع iشکل نامنشوری با ضریب‌های شکل متفاوت است که زیر اثر بار برون محور قائم قرار دارد. سختی پیوند نیمه‌سخت تیر به ستون، سختی جانبی قاب و سختی دورانی تکیهگاه پای ستون، به ترتیب، با فنرهای خطی دورانی، انتقالی و دورانی الگوسازی می‌شوند. بر این پایه، نخست، با بهره‌جویی از نگره تیر اولر₋ برنولی، رابطه کارمایه نهفته کل سازه به دست می‌آید. در این راستا، کرنش‌ها کوچک پنداشته می‌شوند ولی تغییرمکان‌ها میتوانند بزرگ باشند. سپس، با بهره‌گیری از اصل پایستاری کارمایه نهفته و وارد نمودن شرط‌های مرزی طبیعی و هندسی در تغییرمکانهای محوری و جانبی، رابطه‌های تعادل خطی و ناخطی مسیر ایستایی پیش‌کمانشی و پس‌کمانشی قاب در دسترس قرار می‌گیرد. در ادامه، پس از صحت‌سنجی رابطه‌سازی پیشنهادی، به ارزیابی اثر عامل‌های ضریب شکل نامنشوری ستون، سختی تکیه‌گاه‌های کشسان، سختی پیوند نیمه‌سخت، برون محوری بار و نسبت لاغری عضوها، بر مسیر ایستایی و بار بحرانی قاب ساده پرداخته خواهد شد. یافته‌ها نشان می‌دهد هر یک از عامل‌های یاد شده، اثر قابل‌توجهی بر مسیر ایستایی و بار کمانشی سازه دارند. به سخن دیگر، با افزایش نسبت لاغری عضوها، ضریب شکل و سختی پیوندهای تکیه‌گاهی و عضوی، بار کمانشی ناخطی سازه افزایش می‌یابد. در این میان، سختی انتقالی تکیه‌گاه جانبی و نسبت لاغری عضوها، به ترتیب، بیشترین و کمترین اثر را در این افزایش دارند. با وجود این، افزایش برون محوری، کاهش بار بحرانی را در پی خواهد داشت. همچنین، ناخطی پنداشتن تحلیل پایداری، سبب کاهش بار کمانشی سازه نسبت به تحلیل خطی می‌گردد

Nonlinear stability analysis of non-prismatic simple steel frames with flexible supports and semi-rigid connection

In this paper, various methods of linear and nonlinear stability analysis of simple steel frames are introduced. In the following, based on moderately large rotations and small strains, nonlinear stability analysis of a nonprismatic simple steel frame with semirigid connection and flexible supports is performed, which is subjected to a concentrated vertical load eccentrically at its joint. Accordingly, firstly, the accuracy and capability of suggested formulations will be verified by comparing with the results of other researchers. Then, the effects of eccentric axial load factor, shape factor of nonprismatic column, rotational stiffness of elastic support, translational stiffness of lateral support, rotational stiffness of beamcolumn connection and slenderness ratio of members on the prebucking and postbuckling behavior of a steel frame will be investigated. The results show each of these factors has a significant effect on the equilibrium path and buckling load of the structure. In other words, by increasing the slenderness ratio of members, shape factor and stiffness of connections, increases the nonlinear buckling load of the structure. Accordingly, the translational stiffness of lateral support and slenderness ratio of members have the maximum and minimum effect on this increase, respectively. Moreover, by utilizing the nonlinear stability analysis, the buckling load of the simple steel frame reduces with respect to linear stability analysis.