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弯扭联合作用下工字形钢梁的整体稳定承载力研究

作　者: 彭力
导　师: 舒兴平
学　校: 湖南大学
专　业: 结构工程
关键词: 弯扭联合作用 工字形钢梁 整体稳定 非线性屈曲分析 临界弯矩
分类号: TU392.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


受弯构件的稳定性对其承载力往往起着决定性的作用,也是钢结构设计领域的一个重要课题。实际工程中,由于荷载偏心等影响,使得钢梁常常同时承受弯矩和扭矩的联合作用。我国《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)给出了集中荷载,均布荷载,以及端弯矩作用下简支梁的整体稳定计算方法,但没有对弯扭联合作用下钢梁的整体稳定性计算进行规定。我国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)虽然给出了弯矩和扭矩共同作用下冷弯薄壁型钢梁的整体稳定计算方法,但仅适用于冷弯薄壁型钢结构。对于工字型钢梁在弯扭联合作用下的整体稳定承载力计算,目前的研究还很少。因此,对于此种情况下工字形钢梁的整体稳定承载力研究具有一定的科研意义和应用价值。本文首先采用能量法,给出了工字形钢梁在三种荷载作用下的整体稳定系数,结合《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中对冷弯薄壁型钢梁在弯矩和扭矩共同作用下的整体稳定计算公式,分别给出了偏心均布荷载、跨中偏心集中荷载、1/3、2/3跨偏心集中荷载作用下考虑不同荷载偏置时工字形简支钢梁的整体稳定承载力计算公式,荷载的偏置分别为作用于上翼缘或下翼缘。以有限元分析软件ANSYS为分析工具,按照不同截面尺寸、不同跨度、不同荷载作用类型、不同荷载偏置及不同荷载偏心距建立有限元模型,对三种截面绕弱轴对称的工字形钢梁——双轴对称工字形钢梁、加强受压翼缘和加强受拉翼缘的单轴对称工字形钢梁在弯矩和扭矩联合作用下的整体稳定承载力进行非线性屈曲分析,共计算了180根钢梁。通过对有限元计算结果和理论计算结果的比较,对理论公式在弹性和弹塑性范围的合理性和适用性进行了多方位的验证和评价,并考察扭矩、荷载偏置、截面尺寸和跨度等变化时对弯扭联合作用下工字形钢梁整体稳定承载力的影响。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-19
  1.1 引言  10-11
  1.2 工字形钢梁的分类及应用  11-13
  1.3 工字形钢梁整体稳定的研究历史与现状  13-17
  1.4 工字形钢梁整体稳定研究中存在的问题  17-18
  1.5 本文研究的主要内容  18-19
第2章 弯扭联合作用下工字形钢梁整体稳定承载力的理论计算  19-31
  2.1 概述  19-20
  2.2 钢梁整体稳定的传统理论  20-23
  2.3 受弯构件侧向弯扭的平衡方程  23-25
  2.4 横向荷载作用下工字形钢梁的整体稳定系数  25-27
  2.5 弯扭联合作用下工字形钢梁的整体稳定性分析  27-30
  2.6 小结  30-31
第3章 弯扭联合作用下工字形钢梁整体稳定承载力的有限元分析  31-42
  3.1 概述  31-32
  3.2 有限元分析的理论基础  32-34
    3.2.1 弹性理论  32
    3.2.2 塑性理论  32-34
  3.3 结构非线性分析  34-35
    3.3.1 几何非线性分析  34
    3.3.2 材料非线性分析  34-35
  3.4 结构屈曲分析  35-36
  3.5 弯扭联合作用下工字形钢梁有限元模型的建立  36-40
    3.5.1 单元类型的选取  36-37
    3.5.2 参数说明  37-38
    3.5.3 加劲肋设置  38
    3.5.4 材料本构关系及网格划分  38-39
    3.5.5 施加约束和荷载  39-40
    3.5.6 屈曲分析  40
  3.6 有限元模型的校核  40-42
第4章 有限元计算结果与理论计算结果的比较  42-68
  4.1 概述  42
  4.2 扭矩对弯扭联合作用下工字形钢梁整体稳定性的影响  42-51
    4.2.1 偏心均布荷载作用下工字形钢梁屈曲临界弯矩的比较  43-45
    4.2.2 跨中偏心集中荷载作用下工字形钢梁屈曲临界弯矩的比较  45-48
    4.2.3 1/3、2/3跨偏心集中荷载作用下工字形钢梁屈曲临界弯矩的比较  48-51
    4.2.4 对比结果分析  51
  4.3 跨度对弯扭联合作用下工字形钢梁整体稳定性的影响  51-59
    4.3.1 偏心均布荷载作用下工字形钢梁屈曲临界荷载的比较  51-54
    4.3.2 跨中偏心集中荷载作用下工字形钢梁屈曲临界荷载的比较  54-56
    4.3.3 1/3、2/3跨偏心集中荷载作用下工字形钢梁屈曲临界荷载的比较  56-59
    4.3.4 对比结果分析  59
  4.4 翼缘宽度对弯扭联合作用下工字形钢梁整体稳定性的影响  59-62
    4.4.1 扭矩变化时改变翼缘宽度对钢梁整体稳定承载力的影响  59-61
    4.4.2 跨度变化时改变翼缘宽度对钢梁整体稳定承载力的影响  61-62
  4.5 算例  62-66
    4.5.1 偏心均布荷载作用  63-64
    4.5.2 跨中偏心集中荷载作用  64-65
    4.5.3 1/3、2/3跨偏心集中荷载作用  65-66
  4.6 小结  66-68
结论  68-71
参考文献  71-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 金属结构 > 各类钢结构 > 型钢结构
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